Д.С. Стребков,
г. Москва, Всероссийский институт электрофикации сельского хозяйства
Известно, что жизнь на Земле возникла и поддерживается благодаря Солнечной энергии. До 17 века солнечная энергия и энергия сжигания древесины, в которой солнечная энергия аккумулируется благодаря фотосинтезу, были единственными источниками энергии для человека. И сейчас 20% мирового производства энергии основывается на сжигании древесины, энергии рек и ветровой энергии, основой которых является солнечная энергия. В России и Европе доля солнечной энергии в виде биомассы к гидроэнергии составляет 6% в общем производстве энергии, в развивающихся странах 80%. По терминологии, принятой в ООН, все виды энергии, в основе которых лежит солнечная энергия, называются возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ).
Европейский Союз решил к 2010 году удвоить с 6% до 12% использование ВИЭ. В сценарии Мирового энергетического Совета к 2050 году предусматривается также удвоение доли использования ВИЭ (с 20% до 40%) в общем производстве энергии.
Ресурсы ВИЭ огромны и доступны каждой стране. Количество солнечной энергии, поступающей на территорию России за неделю, превышает энергию всех российских запасов нефти, газа, угля и урана. И это несмотря на то, что Россия обладает самыми большими в мире ресурсами природного газа, угля и нефти.
Человечеству не грозит энергетический кризис, связанный с истощением запасов нефти, газа, угля, если оно освоит технологии использования ВИЭ. В этом случае будут также решены проблемы загрязнения среды обитания выбросами электростанций и транспорта, обеспечения качественными продуктами питания, получения образования, медицинской помощи, увеличения продолжительности и качества жизни.
Несмотря на жесточайший экономический кризис, в России создаются принципиально новые энергетические технологии, способные изменить наше представление о возможностях человечества в новом тысячелетии.
Разработаны основы технологии быстрого пиролиза биомассы, торфа, угля, растительного сырья, позволяющие 80% органического вещества превратить в жидкое или газообразное топливо. B России размещено 20 % лесных ресурсов Мира. Из одной тонны древесных опилок можно получить более 600 кг жидкого топлива. Соединив эту технологию с технологией выращивания быстро растущих плантаций биомассы с урожайностью 40 т сухой массы с гектара, можно децентрализовать производство жидкого и газообразного топлива в безлесных районах и обеспечить им каждого фермера и каждый сельский район. Для обеспечения сельского хозяйства России или любой другой страны жидким топливом понадобится меньше 5 процентов обрабатываемых земель. В России электростанции, работающие на биомассе, могут дать больше энергии, чем все нефтяные запасы республики Коми или все атомные электростанции. При этом будут использоваться не технологии прямого сжигания с КПД 25%, а технологии газификации биомассы с парогазовыми циклами, которые имеют КПД 50%.
При энергетическом использовании биомассы сохраняется нулевой баланс эмиссии оксида углерода, так как в процессе фотосинтеза биомассы из атмосферы поглощается эквивалентное количество оксида углерода. Биомасса по сравнению с углем не дает выбросов серы, а сбросы окислов азота могут быть снижены за счет оптимальной технологии сжигания.
Известно, что кремний занимает по запасам первое место в земной коре (29,5%), уступая только кислороду. Кремний является нефтью 21 века. Разработаны новые безхлорные технологии получения и использования кремния для производства электроэнергии в солнечных батареях, в которых 1 кг кремния по количеству производимой за 50 лет электроэнергии эквивалентен 75 тоннам нефти. Сейчас кремний стоит на рынке в два раза дороже урана, хотя он не радиоактивен, как уран, и содержание кремния превышает содержание урана в земной коре в I00000 раз. Новые экологически чистые технологии позволят делать крыши и фасады домов из дешевых кремниевых солнечных батарей и получать электрическую энергию без длинных ЛЭП так же, как это делается сейчас без проводов в технологии телефонной спутниковой связи.
В 2000 году 600 электростанций России общей мощностью 207 миллионов кВт произведут за шесть месяцев 420 млрд. кВт ·ч электроэнергии. Компьютерное моделирование показало, что если установить две солнечные электростанции общей мощностью 187 млн.кВт, одну на Чукотке, а другую в Калининграде или в Бресте и соединить их линией электропередач с малыми потерями, то такая солнечная энергосистема с 20 апреля по 20 августа будет круглосуточно производить электрическую энергию, полностью удовлетворяющую энергетические потребности России. 20 марта и 20 сентября солнечная энергосистема будет работать 22,7 часов в сутки, а 1 марта и 1 октября пекрерыв в работе в ночное время составит 2 часа.
Выработка электроэнергии за 6 месяцев солнечной энергосистемой составит 420 млрд. кВт ·ч, площадь каждой солнечной электростанции при кпд 15% 25х25 км и пиковая мощность каждой электростанции 93,5 миллионов кВт.
В третьем тысячелетии развивающие страны смогут использовать сезонное изменение солнечной энергии и в зимние месяцы продавать электроэнергию, полученную от солнечных батарей, в Северные страны, где солнечная энергия имеется в изобилии только с марта по сентябрь. Для этого необходимо организовать потоки электроэнергии в меридиональном направлении.
Предельная передаваемая электрическая мощность ограничена тремя факторами: плотностью тока 1,0 - 1,5 А/мм2, связанной с потерями на сопротивлении проводов, изоляционными возможностями воздуха на уровне 1,5 млн. вольт, и электромагнитной устойчивостью линии.
Разработан новый метод передачи электроэнергии по одному проводнику c малыми потерями энергии на сопротивлении линии. Электрический провод имеет квазисверхпроводящие свойства, так как электрическая энергии передается не с помощью тока проводимости в замкнутой цепи, а с помощью токов смещения и емкостного реактивного тока, для которых Законы Ома и Джоуля-Ленца не действуют. В качестве материала проводника вместо алюминия и меди используют сталь или даже неметаллические проводящие среды. Расход цветных металлов снижается в сотни раз. На основе нового метода передачи энергии создаются ЛЭП без проводов, которые соединят генераторы и потребители энергии в каждой стране в мировую энергетическую систему. Сбудется мечта знаменитого югославского инженера Никола Тесла получать электроэнергию практически в любом месте земного шара.
Новые технологии изменят концепции развития электрического транспорта. Троллейбус или гибридный автомобиль, имеющий двигатель внутреннего сгорания, и электродвигатель мощностью 120 кВт и массой 140 кг выезжает на трассу на жидком топливе, а на трассе выпускает телескопическую антенну-троллей, подключается к контактному проводу и использует электроэнергию для движения.
Со времен древнего палеолита (420 тыс. лет до н.э.) началась миграция племен из Северо-восточных регионов Азии через Беренгов пролив в Северную Америку. Охотники каменного века (7 - 10 тыс. лет до н.э.) осваивали во время сезонных миграций трассы Великого Шелкового пути, который соединил страны Европы, Ближнего и Среднего Востока с Китаем и Индией. В настоящее время идет процесс возрождения Великого Шелкового пути и транспортных артерий из Юго-Восточной Азии в Северную Азию и Европу. Д.Б. Пюрвеев с группой Российских ученых предложил международный проект "Великое сокрестие континентов", в котором предлагается интеграция Евразийского и Американского континентов в 21 веке.
Будут созданы трансконтинентальное системы, объединяющие транспортные и энергетические потоки. В первую очередь это транспортная и энергетическая магистраль с Запада на Восток: Лиссабон - Владивосток и с Юга на Север: Австралия, Индонезия, Таиланд, Вьетнам - Китай - Берингов пролив - Аляска - Канада - Америка. Второй меридиональный (энергетический) поток пройдет во Великому Шелковому пути: Индия - Афганистан - Киргизстан - Таджикистан - Узбекистан - Туркменистан - Казахстан, Север Западной Сибири. Меридиональные энергетические и транспортные потоки пересекутся в Восточной и Западной Сибири с широтной энергетической и транспортной магистралью, образуя великое сокрестие Европы и Азии.
Третья меридиональная транспортная и энергетическая линия свяжет Кейптаун с Осло через Восточную Африку, Арабские страны, Турцию, страны Черного моря, странами Восточной Европы и Скандинавии. Четвертая меридиональная энергетическая линия соединит страны Западной Африки, Средиземноморья, Западной Европы, Англию и Ирландию. Меридиональная энергетическая линия соединит страны Южной и Северной Америки.
Будет создана, также широтная энергетическая линия в экваториальной зоне от 0° до 30° северной широты, соединяющая страны Азии, Африки и Латинской Америки.
Экваториальная энергетическая линия, а также широтная энергетическая линия Лиссабон - Владивосток будет замкнута через Тихий и Атлантический океан, Северную и Центральную Америку. Сеть мериадиальных и широтных энергетических линий образуют объединенную энергетическую Систему Земли.
Сеть солнечных электростанций на крышах и фасадах домов, а также в пустынях будет связана в единую энергетическую систему с сетью ветровых электростанций ВЭС, расположенных вдоль морского побережья, где существует постоянный перенос воздушных масс.
В России постоянные ветры существуют на побережье Северного Ледовитого океана, Балтийского и Каспийского морей, Тихого океана, а в Европе - на Западном Побережье Атлантического океана, Северного и Балтийского морей. Современные ветровые электростанции имеют максимальную единичную мощность 2 МВт и себестоимость электроэнергии 3,7 цента за 1 кВт ч.
Важным компонентом будущей объединенной энергосистемы будут гидроэлектростанции и электростанции, использующие энергетические плантации биомассы.
Все электростанции в 21 веке, использующие возобновляемые источники энергии, будут управляться компьютерами без постоянного присутствия дежурного персонала. Широтные перетоки энергии позволят в два раза увеличить мощность используемых электростанций за счет передачи неиспользуемой в ночное время мощности для покрытия пиков нагрузки на освещаемой стороне Земли. Человечество сможет объединять и концентрировать свои экологически чистые энергетические ресурсы для создания достойных условий жизни каждому человеку и реализации крупных проектов на Земле и в космическом пространстве.