Физика очень больших величин

Известно, что научные школы и даже отдельные выдающиеся ученые в состоянии на долгие годы определить государственную техническую политику или стратегии развития в целом. Часто нам кажется, что политики сами определяют, что конкретно и в каких количествах развивать, однако при пристальном изучении проблемы выясняется, что их взгляды на развитие, принципы и приоритеты целиком сформированы господствующими в стране научными школами. Наша страна в этом плане не представляет никаких исключений.

Если задаться вопросом: почему в России уделяли такое слабое внимание возобновляемой энергетике – то необходимо обратиться к прошлому. Ответ не заставит себя ждать, если мы оценим позиции выдающихся советских ученых, высказанные ими десятки лет тому назад. Красноречивым свидетельством на этот счет является концептуальный доклад академика Петра Капицы, представленный им в октябре 1975 года на научной сессии, посвященной 250-летию Академии наук СССР. Доклад касался перспектив использования разных видов энергии, и с позиции сегодняшнего дня некоторые его положения являются красноречивым отражением приоритетов наших властей в энергетической сфере.

Самым примечательным моментом является отношение знаменитого физика к возобновляемой энергетике.

Так, говоря о солнечной энергии, Петр Капица делает вывод о ее «крайней неэффективности» для человечества в качестве основного энергетического источника. КПД солнечных элементов слишком мал, и чтобы заменить солнечной энергией ископаемое топливо, придется построить вдоль сухопутной части экватора сплошную полосу солнечных батарей шириной 50-60 километров.

Такой грандиозный проект, резонно замечает ученый, в обозримой перспективе реализовать никак не удастся. Стало быть, солнечная энергетика особого интереса для человечества не представляет.

То же касается и энергии ветра. Из-за недостаточной плотности энергетического потока, утверждает Петр Капица, использование ветра оказывается экономически неоправданным.

Такой же прогноз был сделан и в отношении геотермальной энергии. Причем (что очень важно) затронуто было и тепло глубинных пород, залегающих на глубине 10-15 километров. С точки зрения ученого, из-за некоторых физических факторов возможность нагрева большого количества воды таким способом кажется сомнительной.

С чем же тогда знаменитый физик связывал наше будущее? Догадаться не сложно – с энергией атома. По мнению Петра Капицы, вся надежда на решение глобального энергетического кризиса – в использовании ядерной энергии. Наука на этот счет якобы дает полное «добро». Электростанции на уране, отмечает академик, хорошо себя зарекомендовали и работают с достаточно высокой рентабельностью. Правда, у них есть существенные изъяны, связанные, в первую очередь, с захоронением радиоактивных отходов. Есть также опасность аварий, саботажа или террористического акта. Однако ученый был уверен, что эти трудности преодолимы. На его взгляд, лучшим выходом из ситуации может стать получение энергии путем термоядерного синтеза ядер гелия и ядер дейтерия и трития.

Петр Капица связывал большие надежды с термоядерной энергетикой Надо сказать, что Петр Капица связывал большие надежды с термоядерной энергетикой. Несмотря на серьезные технические сложности, с которыми столкнулись ученые во время экспериментов, он не терял уверенности, что термоядерная проблема получения больших мощностей будет со временем решена.

Интересно, что спустя пять лет после указанного доклада вышла книга известного американского футуролога Элвина Тоффлера «Третья волна», где – вопреки прогнозам нашего лауреата – будущее связывалось как раз с возобновляемой энергетикой. Тоффлер, будучи чистым гуманитарием, оказался более точным в своих технологических прогнозах, чем знаменитый советский физик. А ведь здесь примечательно именно то, что увеличение доли ВИЭ в европейских странах стало в значительной мере инновационным ответом на вероятный энергетический кризис, о котором упоминает Петр Капица. Хотим мы того или нет, но развитие «зеленых технологий» на Западе во многом было продиктовано высокими ценами на углеводородное топливо.

Цифры здесь говорят сами за себя. Вот динамика роста доли ВИЭ за последние годы: 2003 год – 2%; 2012 год – 5,2%; 2015 год – 7,3 процента. По прогнозам, в 2020 году доля ВИЭ составит 11,2 процента. Конкретно для Германии доля ВИЭ в 2014 году составляла 26,2%. В 2015 году этот показатель вырос до 30 процентов. Это уже в два раза больше, чем приходится в этой стране на атомную энергетику, которую уже догоняет ветрогенерация (доля последней достигает 13%).

По прогнозам на 2020 год нормированная себестоимость производства электроэнергии в США составит для обычных газовых ТЭС 75 долл. /МВт.час; для усовершенствованных газовых ТЭС – 100 долл./ МВт.час; угольных усовершенствованных ТЭС – 144 долл./ МВт.час; усовершенствованных АЭС – 95 долл./МВт.час. А теперь те же показатели для ВИЭ: ветровые электростанции – 74 долл./МВт.час; фотоэлектрические – 125 долл./МВт.час; геотермальные – 48 долл./МВт.час; петротермальные (тепло глубинных пород) – 60 долл./МВт.час (в перспективе).

О петротермальной энергетике необходимо сказать особо. Как мы уже показали, Петр Капица не считал данное направление перспективным. И надо сказать, что в СССР серьезного внимания в целом геотермальной энергии не уделялось.

В 1967 году была запущена Паратунская ГеоЭС, где был впервые в мире применен бинарный цикл с турбиной на фреоне для выработки электроэнергии. Мощность станции составляла 815 кВт. В 1974 году она была закрыта.

Американцы в этом плане оказались намного дальновиднее, всерьез нацелившись на извлечение тепла глубинных пород. По словам академика Сергея Алексеенко (Институт теплофизики СО РАН), в последние годы американские разработчики пошли по пути создания обширных резервуаров со множеством трещин, возникающих путем стимулирования естественных дефектов. В 2013 году в США была запущена первая КОММЕРЧЕСКАЯ электростанция на основе указанной технологии. Ее мощность составляет 1,7 МВт. К 2050 году американцы намерены достичь уровня 100 ГВт (!) за счет глубинного тепла (что составляет 40% от совокупной мощности всех сегодняшний российских электростанций).

К 2050 году американцы намерены достичь уровня 100 ГВт (!) за счет глубинного тепла А как выглядит ситуация с термоядерной энергетикой? Пока можно с уверенностью сказать только одно: люди работают, ставят эксперименты, изучают, проводят конференции… Из государственных бюджетов, естественно, выделяются на это деньги. Но кроме больших надежд пока что нет ничего. Никакой практической отдачи. Надежда, естественно, умирает последней, и сколько еще продлятся эксперименты по «термояду», сказать сложно. Петр Капица исходил из того, что проблемы здесь  решаемы. Возможно, так оно и есть. Однако практика показала, что проблемы с ВИЭ также решаемы, и научно-технический прогресс не благоволит к чему-то одному. Объективные сложности по мере работы преодолеваются. Вопрос только в том, что ставка на что-то одно – на ту же термоядерную энергетику – себя не оправдывает ни в коей мере. И в США, и в Европе работают по разным направлением, и успех ВИЭ абсолютно не говорит в пользу искусственного надувания «мыльного пузыря» в угоду борцам за экологию. Ведь, как мы уже неоднократно заявляли, на Западе деньги вкладываются не только в «зеленую» энергетику, но и в развитие традиционной энергетики на ископаемом топливе. И в тот же «термояд».

Чего никак не могут понять нынешние российские «традиционалисты», видящие в успехе ВИЭ чуть ли не заговор темных сил, так это сам принцип РАЗНООБРАЗИЯ. Доклад Петра Капицы уже содержит сомнительные посылки, когда ставится вопрос об одном источнике энергии, способном заменить всё остальное. Согласимся, что сама постановка вопроса выходит здесь за рамки физики. Это уже философия. И в чисто философском плане наш выдающийся ученый следует тем принципам, которые как раз противоречат логике прогрессивного развития. Наш ученый рассуждает в духе имперского централизма, обязательно предполагающего какую-либо монополию. По сути, вопрос ставится так: какие источники энергии должны безусловно доминировать? Именно в такой постановке вопроса роль ВИЭ кажется ничтожной, а ее шансы на развитие – призрачными. Точно так же до сих пор рассуждают наши «традиционалисты».

Почему Тоффлер оказался прав в своих прогнозах? Именно потому, что он увидел неизбежный крах централизма и монополизма. Когда гиганты перестают диктовать условия, главным атрибутом развития становится разнообразие. В таких условиях невозможно абстрактно, на теоретическом уровне ставить вопрос о том, что будет выгоднее и важнее: уголь, фотовольтаика, ветряки или ядерные реакторы? Важным становится только то, что отвечает каким-то вполне конкретным, определенным условиям, характерным для определенного места в определенный промежуток времени. Для монгольского чабана, например, солнечная панель будет важнее ядерного реактора. Успех ВИЭ – это символ начавшихся перемен. Прежде всего – перемен в человеческом сознании.

Олег Носков

В статье использовались данные, предоставленные сотрудниками Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН