Текст книги "Триумф солнечного века. Революция возобновляемых источников"

До начала индустриализации в XIX веке мир почти исключительно полагался на преобразованную солнечную энергию. Это была энергия сжигаемых дров и «лошадиная сила» – сила мышц. До Первой мировой войны большие города, такие как Париж, были переполнены лошадьми и страдали от огромного загрязнения, которое это влекло за собой. Для подачи воды и помола зерна использовались ветряные и водяные мельницы. Они были популярны во всей Европе, США и Китае. Шесть миллионов водяных насосов, работающих от ветряного привода, использовались в Соединенных Штатах в 1880-х годах, тогда как тысячи и тысячи ветряных мельниц мололи зерно и качали воду в Дании. Ветер занимал лидирующие позиции в области морского транспорта, так как большинство судов ходили под парусами.

Первые паровые двигатели топились дровами, а для первых двигателей внутреннего сгорания приходилось покупать спирт в аптеке. Но это длилось недолго. Первый массовый прорыв в глобальные энергетические рынки совершил уголь.

Интересно, что все формы солнечной энергии, которые мы используем сегодня, были уже хорошо известны в то время, хотя и оставались в стороне – технология их массового производства для тех времен была слишком сложна. Например, солнечный фотоэффект был получен в лабораторной практике – изобретатель Чарльз Фриш создал первые работающие селеновые элементы в 1883 году. Он покрывал селен настолько тонким слоем золота, что тот становился прозрачным для света и получил эффективность преобразования энергии между 1 и 2 %. Вернер фон Сименс, один из отцов индустриализации в Германии, хорошо понимал потенциал этого изобретения, так как воспроизвел опыты Фриша. Поскольку уголь уже тогда считался загрязнителем, распространяющимся вместе с развертыванием промышленной революции, Августин Мушо (Augustin Mouchot) с 1860-х годов применял концентраторы солнечной энергии с целью замены угля. Его можно считать отцом технологии CSP, которую мы обсуждали выше. Уже в 1866 году он сумел продемонстрировать императору Наполеону III механический паровой двигатель, в котором использовал зеркала для производства пара. На Всемирной выставке 1878 года в Париже его печатная машина и холодильник, работающие на паровом приводе, запитанном от солнечного концентратора, получили золотую медаль и колоссальный успех у публики.

Электричество начало входить в практику с 1882 года, но первые электрогенерирующие ветровые турбины были изобретены в Соединенных Штатах и Дании в самом конце XIX века и им потребовалось много времени для развития. Мы вернемся к теме ветра несколько позже.

Уголь для производства чугуна и стали, генерация пара для получения механической энергии в новых отраслях промышленности, запрос на локомотивы от быстро развивающихся железных дорог способствовали все большему ускорению роста использования угля. К концу XIX века мировое потребление угля увеличилось практически с нуля до 500 млн т в год. Уголь стал первым кандидатом на исчерпание из ископаемых видов топлива. В новом бизнесе, производстве электроэнергии, который появился к концу XIX века, нашлось дополнительное место для использования угля – во всех новых электростанциях.

Потребовалось еще 40 лет для увеличения использования угля вдвое – до 1 млрд т в год к 1940 году. А еще сорок лет спустя, в 1980 году, потребление угля выросло еще втрое и достигло 3,7 млрд т в год. В конце концов к 2000 году эта величина составила 5,4 млрд т, т. е. возросла более чем в 10 раз от количества, использованного в 1900 году.

Но тем временем нефть и природный газ массово завоевывали мировые рынки, так что уголь использовался уже для получения не более чем трети общего количества энергии, производимой из ископаемых источников в 2000 году. Любопытно, что тогда солнечные фотопреобразователи PV и ветроэнергетика генерировали всего 0,3 тысячных (0,03 %) всей энергии, потребленной в том же году в мире.

Прослеживая хронологию мирового потребления угля после 2000 года, мы увидим, что на сегодня оно вновь возросло более чем на 50 %. Важное уточнение: все это увеличение произошло за счет роста потребления в Китае. Китай наверстывал упущенное ранее, становясь великой экономической державой. В результате с 2000 по 2013 год Китай почти утроил потребление угля.

В остальном мире потребление угля было стабильным или даже снижалось.

Тем не менее уголь обеспечивал около 40 % мировой выработки электроэнергии даже в 2016 году, хотя после 2000 года потребление угля снизилось на 10 % в Европе и на 20 % в Соединенных Штатах.

Только в Германии использование угля несколько возросло – естественно, что и выбросы углекислого газа в Германии также не уменьшились. В 2017 году Германия сохранила в структуре своей электроэнергетики 40 % импортного каменного и собственного бурого угля, добываемого открытым способом, вследствие чего в стране ежегодно «вбрасывается» 900 млн т CO₂ в атмосферу.

Потребление угля в Индии росло в течение последнего десятилетия на 6 % в год, поэтому его потребление в этой стране удвоилось с 2000 по 2013 год. Но это потребление не достигло такого размаха, как у Китая, который потребляет в 10 раз больше. В 2013 году половина мирового потребления угля относилась к Китаю, на Европу приходилось чуть более 10 % мирового потребления, из которых 20 % сразу забирала Германия и всего 10 % – США. Потребление угля в Индии в настоящее время достигло уровня США и Европы.

Но бум потребления угля подошел к концу, даже в Китае и Индии. В отчете «Бум и крах» от 2017 года «Сьерра Клуб» и «Гринпис» сообщили о сокращении на 50 % всей запланированной новой угольной энергетики в мире и 62 %-ном снижении нового строительства (см. «горячую линию» угля Coalswarm). Правительство Китая законсервировало 300 ГВт запланированных новых угольных электростанций, в том числе 55 ГВт уже на стадии строительства. В 2016 году Китай получил электроэнергии от угля на 11 % меньше, чем в 2010 году. Кроме того, с 2010 года время работы китайских угольных электростанций сократилось на 20 %. В целом потребление угля в Китае в 2016 году сократилось на 4,7 % по сравнению с предыдущим годом. Как упоминалось ранее, выбросы CO₂ в Китае стабилизировались с 2013 года.

В 2016 году Соединенные Штаты произвели 30 % своей электроэнергии из угля. В 1988 году на него приходилось 57 %. Эмиссия США по углероду сократились в 2016 году почти вдвое по сравнению с максимумом в 2008 году. Две крупные угольные компании в стране – «Peabody» и «Arch Coal» – обанкротились, акции остальных потеряли большую часть их стоимости. Треть мощностей угольной энергетики США приходится на старые, грязные и недогруженные станции. Они созрели для «выхода на пенсию» и более не конкурентоспособны в соревновании с солнечной энергетикой.

В Индии крупнейшая угледобывающая компания планирует вывод из эксплуатации части своих угольных шахт, полагая, что они более не конкурентоспособны. В мае 2017 года Индия отказалась от строительства 14 ГВт мощностей запланированных ранее угольных электростанций – солнечная энергия оказалась дешевле, чем угольная. В результате в Индии в 2016/2017 году ввод новых мощностей солнечной энергетики более чем в 2 раза опережал ввод угольных: 14,1 ГВт возобновляемых против 6,9 ГВт угольных.

В Европе мощная коммунальная ассоциация «Евро-электрик» (Eurelectric) в марте 2017 года решила внести вклад в Парижское соглашение СОР 21 и объявила об отказе от строительства новых угольных электростанций в Европе. Но Германия, которая по-прежнему эксплуатирует 145 угольных электростанций в стране, подписалась под этим решением весьма неохотно.

Век ядерной энергетики начался в 1960 году, когда были получены ее первые гигаватты. Спустя 30 лет было установлено уже 300 ГВт атомных станций, хотя с 1970 года многие АЭС уже начали останавливать. За исключением нескольких станций в Китае, в XXI веке новые атомные станции уже не подключались к сети.

По сути ядерный век подошел к концу. Гвозди в его гроб заколачивали аварии на «Три-Майл-Айленд» в 1979 году, в Чернобыле в 1986 году и на «Фукусиме» в 2011 году. К 2016 году многие реакторы (441) все еще были работоспособны, но уже находились на грани и к тому времени уже были остановлены – некоторые на время, другие навсегда.

В Японии за «ядерный век» было запущено в общей сложности 54 атомных реактора, но к 2018 году только 5 из них продолжали работать, а 14 были точно закрыты по соображениям безопасности и чрезмерной эксплуатационной стоимости.

Год 1993-й был лучшим годом для «мирного атома» – тогда он произвел 17 % мировой электроэнергии, но с тех пор его доля лишь уменьшалась. Начиная с 2015 года ядерная промышленность мира оказалась на скамье подсудимых. «Westinghouse Electric Company» в Соединенных Штатах, которая строит и эксплуатирует приблизительно половину атомных электростанций в мире, глубоко увязла в проблемах и заявила о банкротстве. Японская компания «Toshiba», ее мажоритарный акционер с 2006 года, купила в 2015 году еще одну ядерную компанию в США, «Stone & Webster», и это уже был явный перебор. Перерасход средств и остановки станций в Джорджии и Северной Каролине привели «Toshiba» на край бездны. В конце очередного финансового года – в марте 2017-го – компании пришлось объявить об убытках в ее ядерном бизнесе в размере 7,5 млрд долл. Чтобы остаться на плаву на фондовом рынке, «Toshiba» вынуждена была продать свой ключевой бизнес по производству чипов памяти – настоящее сокровище, поскольку ее важнейшим клиентом был «Apple». Сегодня «Toshiba» пересматривает свои ядерные активы.

Ситуация у компании «Areva» во Франции не лучше. К 2016 году у этой компании, объединяющей бизнесы строительства атомных станций и горнодобычи, накопился финансовый дефицит в 10 млрд евро. В конце концов французское правительство вынуждено было спасать «Areva» от банкротства.

В этих условиях недавно было одобрена властями ЕС в Брюсселе инициатива «EDF» – французской энергетической компании, которая взяла на себя управление «Areva» с двумя японскими инвесторами в качестве миноритарных акционеров. Предполагалось и участие китайской ядерной компании, но это намерение до сих пор не материализовалось. Поскольку правительство Франции имеет контрольный пакет акций «EDF» (83 %), атомный бизнес в стране в настоящее время целиком находится в руках государства. Однако даже наличие государственных гарантий не придало сделке рыночной привлекательности – акции «EDF» потеряли за один день 10 % своей стоимости, при том что сегодня они стоят лишь десятую часть того, что было 10 лет назад.

По сути эти факты обнажают глубокое структурное неблагополучие: ожидалось, что новый ядерный флагман Франции, АЭС «Фламанвиль», начнет работу в 2018 году. Но есть забавное условие, наложенное французским атомным надзором. Проверки, которые были начаты в марте 2018 года, выявили недостатки в сварных швах, которые не были обнаружены во время предыдущих инспекций на завершающих стадиях сборки, выполняемых субподрядчиками. В результате станция должна быть остановлена всего через несколько лет, чтобы заменить рискованные детали новыми.

Стоит ли напоминать, что множество рисков и опасностей несут с собой аварии на АЭС. Возьмем, например, плутоний, который является наиболее токсичным элементом. Плутоний не существует в природе, это «рукотворный» элемент. Все действующие реакторы вырабатывают вместе с электричеством и 116 т плутония каждый год. Этого количества достаточно, чтобы производить ежегодно 23 200 атомных бомб! (Только не рассказывайте об этом террористам.)

В таких странах, как Франция, которые в значительной степени опираются на атомную энергетику для своего энергоснабжения, общественное мнение разделено. Есть те, кто рассматривают АЭС как надежный и постоянный источник энергии (до тех пор пока ни одна станция не взорвалась в их стране). А есть и другие, которые знают все недостатки АЭС наизусть, но не знают, как избавиться от всех этих станций. Ну что же, будущее их рассудит.

Успех солнечной энергетики в настоящее время не вызывает сомнений. Колесо истории снова повернулось, и теперь то, что в прошлом традиционная энергетика извлекала из Земли, должно быть возвращено из энергии, приходящей к Земле от Солнца.

Часть 2
Новый век – век Солнца

Глава 3
Введение: Солнечная революция 2000-го года

С тех самых пор, как поставки энергии превратились в развитый рынок, причин для использования солнечной энергии было множество. Одной из первых среди них выступало беспокойство о том, что ископаемые ресурсы скоро закончатся. Однако после серии предсказаний, что исчерпание ископаемых запасов наступит в ближайшие 20 лет, появился точный прогноз, который говорит о том, что месторождений каменного и бурого угля будет достаточно еще для использования в течение нескольких веков. Прогнозы окончания запасов нефти, которая вызывала намного большую ресурсную озабоченность, как выяснилось, не принимали во внимание огромные возможности извлечения запасов сланцевой нефти, которые неожиданно и в массовом порядке были вброшены на мировые рынки из Северной Америки. Ресурсные ограничения природного газа долгое время считались еще более жесткими, но и эта проблема сегодня испарилась, благодаря разведанным запасам газа в России. Даже цены на уран сильно упали – теперь он доступен по весьма низкой цене. Неоправданная ставка на повышение цены урана оказалась фатальной для французской энергетической компании «Арева» (компания подверглась реструктуризации много раз, балансируя на грани банкротства, последние преобразования происходили в начале 2018 года).

Важно отметить, что наивысшим государственным политическим приоритетом всегда была национальная энергетическая независимость. Именно поэтому столь глубокий след в памяти и политике оставили нефтяные кризисы 70-х и 80-х годов XX века, связанные с ближневосточными конфликтами и спорами. Политические выводы, сделанные в те годы по следам кризисов, оказались решающим аргументом для масштабных инвестиций в атомную энергетику и уголь.

Проблема изменения климата всегда была предметом столь же серьезного беспокойства, ставящего ее в один ряд с нехваткой энергетических ресурсов, но в прошлом она не имела того приоритетного статуса, которым обладает сегодня. Актуализация связана с большой протяженностью прибрежной зоны Западной Европы и особенно Нидерландов, где суша почти сравнялись по высоте с уровнем моря, что делает угрозу затопления из-за повышения уровня моря при потеплении климата приоритетом внимания широкой общественности.

В то же время заманчивые перспективы использования даровой солнечной энергии всегда были важным стимулом разработок фотоэлектрических преобразователей (PV). Уже с 1960-х годов научные исследования позволяли предполагать, что технология PV может в конечном итоге победить ядерную энергетику с точки зрения стоимости, которая выступала тогда главным тестовым показателем.

Но реальный бэкграунд мировых энергетических стратегий формировался все же не стоимостью энергии, а насущной угрозой ядерного конфликта, особенно в разгар «холодной войны», что и придало значительный импульс альтернативной стратегии, которая привела к солнечной революции, грянувшей на рубеже веков.

В настоящее время девять стран обладают в общей сложности арсеналом около 15 000 единиц ядерного оружия, каждая из этих единиц во много раз мощнее, чем те, которые были сброшены на Японию в 1945 году. В России насчитывается около 7000 ядерных боеголовок и примерно столько же – у американских военных. В Китае всего 270 единиц, поэтому он намного отстает от двух ядерных сверхдержав, впрочем, как и остальные ядерные страны.

У Германии нет своих ядерных боеприпасов, но в наличии имеются 60 тактических ядерных бомб, принадлежащих США, но хранящихся в Рамштайне.

На горячем этапе «холодной войны» в 1970-х и 1980-х годах – вплоть до 1990 года, общий ядерный арсенал составлял около 70 000 боеголовок, что почти впятеро превышает сегодняшний уровень.

В настоящее время тенденция снова идет к увеличению арсенала, судя по заявлениям, которые делает новый президент США. По оценкам Соединенных Штатов, к 2026 году для модернизации своего ядерного арсенала им потребуется 399 млрд долл. Россия говорит о 330 млрд долл., необходимых для поддержания ядерного вооружения в течение последующих 20 лет.

Начиная с 1970-х годов две сверхдержавы сделали ряд шагов, направленных на то, чтобы договориться о некоторых сделках по разоружению. В частности переговоры по ограничению стратегических вооружений привели к ограничению количества бомб, разрешенных с обеих сторон, количества ядерных подводных лодок, бомбардировщиков и межконтинентальных баллистических ракет. Был подписан и договор о противоракетной обороне (ПРО), хотя в 2001 году Соединенные Штаты вышли из него. В 1991 году состоялось подписание Договора о сокращении стратегических наступательных вооружений (СНВ I), а после его окончания в 2010 году подписан СНВ III в редакции, обязывающий обе стороны за 10 лет сократить количество зарядов ядерного оружия до 1550 единиц.

Кроме того, в 2000 году было подписано соглашение о преобразовании 34 т оружейного плутония в МОКС-топливо для атомных электростанций. Соглашение было возобновлено в 2010 году, однако спустя шесть лет Барак Обама остановил строительство завода, который был предназначен для необратимой переработки плутония в топливо, предложив использовать альтернативную обратимую смесь (т. е. не в виде химически связанных, а механически смешанных) компонентов топлива. Вскоре после этого, в октябре 2016 года, Владимир Путин официально отказался от участия в соглашении.

Отношения между Соединенными Штатами и Россией значительно ухудшились и продолжают ухудшаться. Наблюдатели отмечают, что в результате этого сегодня угроза ядерной войны между сверхдержавами стала даже больше, чем во времена «холодной войны». На Всемирном экономическом форуме в Давосе в 2017 году руководители международных компаний заявили, что возможная угроза применения оружия массового уничтожения вносит самый большой вклад в неуверенность и страхи нашего времени.

В 1987 Роберт Макнамара опубликовал книгу «Blundering into Disaster: The First Century of the Nuclear Age» («Ошибка, ведущая к катастрофе. Первый век атомной эры»). В свою бытность министром обороны США он поучаствовал в трех мировых кризисах: Берлин (1961), Куба (1962), война на Ближнем Востоке (1967). Каждый из этих эпизодов содержал значительный потенциал применения ядерного оружия, писал он впоследствии. Ни одна из сверхдержав не хотела военного конфликта, но «отсутствие информации, дезинформация и недоразумения привели к конфронтации». Кубинский ракетный кризис был ближе всего к ядерной войне. У русских было ядерное оружие на Кубе, и дело шло к тому, чтобы дать разрешение на его использование против американского вторжения, продолжает он. В какой-то момент российская подводная лодка была атакована обнаружившими ее американскими военными, которые, однако не знали, что на подводной лодке находились ядерные торпеды. Капитан подлодки имел право и желание применить ядерное оружие, но он был лишь одним из трех офицеров на борту, которые должны были подтвердить запуск, и один из них, к счастью, отказался. В результате торпеда не была выпущена: «таким образом, была предотвращена угроза ядерного нападения на американский флот», заключает Макнамара.

При этом уже в 2007 году другой бывший министр обороны США, Уильям Перри (он занимал пост министра в 1994–1997 гг.), оценил шансы ядерного нападения в течение ближайшего десятилетия как 50 на 50.

Можно сказать, что до сих пор только баланс ядерных вооружений между сверхдержавами сохранял мир от ядерного Армагеддона. И потому совершенно нежелательно, чтобы осталась всего одна сверхдержава, ибо тогда риск ядерного удара, искушение нанести который практически всегда существует, становится совершенно реальным. За примерами далеко ходить не надо: в 1952 году генерал Макартур советовал президенту Эйзенхауэру использовать атомные бомбы для прекращения корейской войны, а Джон фон Нейман, пионер информатики и активный участник создания атомной бомбы, хотел уничтожить Советский Союз ядерной бомбардировкой. Президент Никсон, объявивший войну наркотикам, сам страдал от психоза, проявлявшегося в виде паранойи и путаницы (вызванного, предположительно, приемом мощных транквилизаторов на основе амфетамина), активно выступая при этом за использование ядерного оружия.

Давайте подумаем и о том, что ядерные боеголовки все время находятся вокруг нас. Они постоянно циркулируют на подводных лодках и находятся в воздухе над нами, перемещаются в стратегических бомбардировщиках или ждут своего часа в многочисленных ракетных пусковых установках. Хорошо известны несчастные случаи, приводившие к утере ядерных зарядов. В 1950 году военный самолет разбился в канадской провинции Британская Колумбия – на его борту находился ядерный заряд, который так и не вернулся на базу. 17 января 1966 года произошло столкновение бомбардировщика B-52 с топливозаправщиком в небе над Паломаресом (Испания). На его борту было четыре термоядерные бомбы. Две из них были разрушены, а находившиеся в них три килограмма плутония рассеялись на много километров вокруг. Третья бомба упала в море, где 28 военно-морских судов искали ее в течение 80 дней. Нашли лишь чудом – бомба оказалась на большой глубине и сорвалась при попытке подъема, вторично она была найдена лишь месяц спустя на глубине 870 м, откуда «под фанфары» была, наконец, извлечена. Почти 50 лет спустя, в 2015 году, Соединенные Штаты подписали соглашение с Испанией о рекультивации почв в пострадавшем от загрязнения плутонием районе – для этого им пришлось около 1700 т зараженного грунта отправить морем в Северную Каролину. Но история, положившая конец непрерывному барражированию ядерных бомбардировщиков над Европой, произошла два года спустя на авиабазе Туле (Гренландия, 1968 год). Вновь, как и в Паломаресе, четыре ядерные бомбы были выброшены взрывом из разбившегося самолета. Для очистки места падения потребовалось 9 месяцев. За это время были собраны тысячи кубических метров загрязненной породы, перемешанной со льдом, но все же одна из бомб так и не была найдена.

В конечном итоге на конференции ООН в июле 2017 года был принят международный документ «Договор о запрещении ядерного оружия» («TREATY ON THE PROHIBITION OF NUCLEAR WEAPONS»), открытый для подписания в сентябре того же года, однако несмотря на то что присутствовавшие на конференции представители 141 государства мира согласились одобрить текст договора, все 9 «ядерных держав» проголосовали против него.

Мир без оружия? Сегодня борьба за запрещение ядерных вооружений практически лишена шансов на победу, поскольку ежегодно по всему миру в поддержку сектора военных расходов вновь и вновь выделяется огромная сумма, величина которой составляет около 1,7 трлн долл. – это 1 700 000 миллионов долларов!

В 2018 году Соединенные Штаты, как всегда, были на первом месте по военным расходам с затратами около 700 млрд долл., что на 15 % больше по сравнению с 2016 годом. Европа занимает второе место – 300 млрд, в том числе Германия – 41 млрд. Затем следует Китай с затратами 215 млрд долл., за ним Россия, которая тратит 69 млрд и Саудовская Аравия с бюджетом около 63 млрд.

США являются крупнейшим экспортером оружия и контролируют 33 % мирового рынка вооружений. У США также есть впечатляющие разведывательные программы с бюджетом порядка 80 млрд долл., что превышает весь военный бюджет России. Большая часть этого бюджета относится к «оборонным контрактам» или инвестициям в проекты, такие, например, как суперкомпьютер для Агентства национальной безопасности (NSA).