Страны ОПЕК в 1974-м впервые в истории применили новейший вид "оружия массового поражения" – сократив объемы добычи и поставок нефти, они за три-четыре месяца добились роста мировых цен в три-четыре раза. Западный мир вздрогнул и, печатая талоны на получение бензина, стоя в очередях за велосипедами и прочими самокатами, лихорадочно стал искать новые источники энергии, которые обеспечили бы ему полную независимость от нефти.
Судьба во все времена была иронична – у стран с максимальным спросом на энергетические ресурсы значительных месторождений этих ресурсов просто нет, а колониальная система, которая позволяла Европе чувствовать уверенность в завтрашнем дне, после Второй мировой войны приказала долго жить. Водород, который, в принципе, вполне можно получать за счет электролиза, какое-то время казался отличной альтернативой, однако первая попытка развить технологии водородной энергетики до экономически оправданного уровня, результата не дала.
В мире энергетики есть такое понятие, как EROI – Energy Returned On Investment, соотношение энергии, полученной из того или иного энергетического ресурса, к энергии, затраченной на его получение. Звучит несколько запутанно, понять проще всего на примере: если для того, чтобы добыть тысячу кубометров газа и доставить его до топки электростанции, требуется 100 джоулей энергии, а сжигание обеспечит производство только, скажем, двух джоулей, то нет никакого экономического смысла заниматься добычей такого газа.
Если то же самое выразить кратко, то EROI вот такого производственного процесса значительно меньше единицы, он экономически нецелесообразен. В реальной жизни EROI нефти, газа, угля, урана кратно выше EROI водорода: количество энергии, которая требуется на производство водорода, значительно меньше, чем объем энергии, которую можно получить при его использовании.
Атмосфера – это не только кислород
За прошедшие годы наука, технологии и техника на месте не стояли, о водороде как альтернативе ископаемым источникам энергии, никто не забывал. Прогресс есть, его не может не быть, вот только развивается он плавно, а не неистовыми прыжками вперед и вверх, как бы этого ни хотелось тем, кто за счет этого прогресса стремится заработать серьезные прибыли.
Самое неприятное, самое вредное для технического прогресса – это попытки вмешаться в естественный ход вещей всевозможных шарлатанов, популистов и демагогов, то есть политиков. Сначала тема водородной энергетики попалась на глаза борцам за сохранение экологии, которые пришли в восторг от формулы химической реакции горения водорода в кислороде.
Это же просто чудо какое-то – в результате получаем энергию и чистую воду! Немедленно отказываемся от нефти, угля и газа с их неизбежными выбросами углекислого газа – и наступает счастье, позволяющее Грете Тунберг вернуться за школьную парту. Воздух в городах становится чист, как горный хрусталь, о смоге мы будем узнавать только из учебников, прекратится таяние ледников – и далее целый список радостных событий и процессов восстановления природы.
Но первую волну восторга удалось сбить напоминанием о том, что атмосферный воздух состоит не только из кислорода и даже не столько из кислорода, сколько из азота (кислорода в воздухе около 15 процентов, азота – более 70). Водород действительно сгорает с выделением огромного количества тепла, что обеспечивает высокая температура горения, и именно это и становится проблемой: при высоких температурах азот начинает взаимодействовать с кислородом, образуя оксиды. А оксиды азота – это даже не углекислый газ, это куда более сурово.
Именно оксиды азота, образующиеся в выхлопных газах автомобилей, становятся причинами кислотных дождей, именно они наносят максимальный вред здоровью человека. "Высокая концентрация оксидов азота в вдыхаемом воздухе сначала дает неприятные ощущения и жжение в легких, дальнейшее повышение концентрации приводит к летальному исходу. Более низкие концентрации могут вызвать головную боль, проблемы с пищеварением, кашель и легочные заболевания…" – цитировать медицинский справочник дальше не буду, там еще много всевозможных сложных слов: конъюнктивит, ринит, фарингит, цианоз, тахикардия и так далее. Те, у кого нервы покрепче, могут изучить весь список самостоятельно.
Да, технологии на месте действительно не стояли, мы уже давно научились выделять кислород из воздуха и вполне способны обеспечить электростанции соответствующим оборудованием, чтобы в их топках действительно горели только кислород и водород. Но масса и габариты этого оборудования не дают возможности обеспечить им легковые автомобили – для этого придется превратить их в грузовые.
Однако от экзальтированных защитников экологии бывает не только вред – их интерес к теме водородной энергетики стал причиной возобновления исследовательских работ, пришпорил технологов и конструкторов. Но снова не получилось всеобщего ажиотажа, каждый стал заниматься своим делом: европейские экологи – бороться за декарбонизацию энергетики, инженеры – мудрить с температурой сгорания водорода, с разработкой топливных элементов и так далее.
Прерывистая альтернативная генерация
Но практически синхронно с этим пришла новая волна энтузиазма – теперь уже от адептов солнечных и ветряных электростанций, СЭС и ВЭС. На языке профессиональных энергетиков СЭС и ВЭС – источники прерывистой альтернативной генерации, ПАГ. "Прерывистость" СЭС и ВЭС – характеристика, избавиться от которой мы сможем только в том случае, если научимся управлять погодой – по собственному желанию убирать тучи с небосклона над солнечными панелями, ликвидировать полный штиль и ветер ураганной силы над полями, где стоят ветротурбины. Однако при всей мощи современной науки и техники в этом направлении мы никуда от уровня шаманов и колдунов уйти не смогли, для вызывания хорошей погоды все так же стучим в бубен.
Энергетиков такая ситуация не устраивает – они не могут предсказать режим работы СЭС и ВЭС: будут они работать час или два с половиной часа, будут они работать на полную мощность или на уровне десять процентов от нее. ПАГ принципиально не диспетчиризуема, то есть не подчиняется требованиям диспетчеров энергосистем, отвечающих за обеспечение электроэнергией конечных потребителей.
Электроэнергия, за которую мы с вами платим деньги, – безусловно, товар, но товар крайне специфический, другого такого у нас нет. Любой товар должен преодолеть путь от производства до конечного потребления, для этого, собственно говоря, мы и создаем автомобили, паровозы и пароходы, большие и малые склады и прочие хранилища, огромные торговые молы и небольшие магазинчики. А вот "складировать" электроэнергию в промышленных масштабах мы способны только при помощи ГАЭС, гидроаккумулирующих электростанций – это ГЭС, оснащенные насосами, которые могут перекачать воду из нижнего бассейна в верхний. Только таких "складов" не так уж много – для строительства ГАЭС требуется рельеф местности с перепадом по высоте не менее 100 метров, дающий возможность построить не одно, а два водохранилища.
Вторая особенность электроэнергии – доставить ее можно только по металлическим проводам линий электропередачи или кабельным линиям, другого мы пока не изобрели. Скорость тока в металлическом проводнике – без долей процента 300 тысяч километров в секунду или 7,5 диаметра планеты Земля за ту самую секунду. Следствие очевидно – излишков электроэнергии в энергосистемах нет и быть не может, электроэнергии всегда ровно столько, сколько в данную секунду способны принять потребители.
Если погодные условия вынуждают СЭС и ВЭС прекратить работу, в объединенной энергосистеме мгновенно должна включиться резервная электростанция – иначе потребители останутся без света и электричества. Держать в резерве электростанции, которые к тому же должны уметь в считанные секунды выходить на полную мощность – дорогое удовольствие. На ГАЭС проблема решается уверенно – открываем слив воды сверху вниз, гидроагрегаты под ее напором раскручиваются очень быстро.
Но ГАЭС, повторюсь, очень мало по сравнению со спросом на них. Режим мгновенного разгона невозможен для АЭС и для угольных электростанций, он невозможен даже для парогазовых электростанций, в которых газ греет воду, превращая ее в пар, который вращает турбину и ротор электростанции. Добиться такого режима можно только за счет газовых турбин, в топках которых под высоким давлением горят природный газ и воздух, после чего раскаленные газы сгорания сразу идут на турбину.
Самый удачный проект такого рода на сегодняшний день – энергоблоки финской компании Wartsilla, которые выходят на свои 100 мегаватт мощности быстрее, чем за минуту. Они дорогие сами по себе, им требуется инфраструктура – газовые трубы и подземные хранилища газа как можно ближе к месту их трудовых подвигов. Расход газа – фантастический, что не удивительно – попробуйте сесть в машину и тронуться с места на пятой скорости, и вы все поймете. Энергоблоки в нужном количестве – закупи, площадку для них – построй, газовые магистрали – подведи, компрессорными станциями – обеспечь. И – отойди, сегодня работа этой станции не требуется, сегодня солнце и хороший ветер. Отойди, но про зарплату дежурной сметы не забудь, само собой.
Это не просто дорого, это колоссально дорого, и все это требуется любой энергосистеме, в составе которой работает значительное количество СЭС и ВЭС. Классический пример – Германия, где СЭС и ВЭС с каждым годом все больше, где намерены отключить все угольные электростанции и АЭС, где готовы пойти на серьезный экономический конфликт с США ради строительства "Северного потока – 2".
И вот тут кто-то в присутствии адептов СЭС и ВЭС громко сказал слово "водород". Последствия не заставили себя долго ждать.
Мнение автора может не совпадать с позицией редакции.
