Rezervor de biogaz, panouri fotovoltaice și turbină eoliană. Foto: wikipedia.org
La 8 octombrie 1975, academicianul Pyotr Leonidovich Kapitsa a vorbit la o sesiune științifică dedicată aniversării a 250 de ani a Academiei de Științe a țării. Academicianul, căruia îi va fi decernat Premiul Nobel pentru Fizică trei ani mai târziu, a citit un raport conceptual în care, pe baza principiilor fizice de bază, a îngropat aproape toate tipurile de „energie alternativă”. Omul de știință a făcut o excepție doar pentru fuziunea termonucleară controlată.
Aproape o jumătate de secol mai târziu, situația s-a schimbat. Deși ponderea energiei alternative reprezintă încă generarea insuficientă de energie electrică, dezvoltarea și creșterea acestei direcții este evidentă. Potrivit companiei de petrol și gaze British Petroleum, în 2019, generarea de surse alternative de energie regenerabilă (cu excepția hidrocentralelor mari) a atins 10,4% din producția globală de energie electrică. Pentru prima dată, energia alternativă a depășit energia nucleară în acest indicator.
Despre ce a vorbit academicianul Pyotr Kapitsa
Energia alternativă reprezintă un set mare de modalități promițătoare de obținere, transmitere și utilizare a energiei (foarte des vorbim despre surse regenerabile). Principalul interes al acestui tip de energie se datorează rentabilității utilizării și riscului scăzut de deteriorare a mediului.
Considerațiile celebrului om de știință și academician s-au bazat pe faptul că, indiferent de sursa de energie pe care o considerăm, aceasta ar putea fi întotdeauna caracterizată folosind doi parametri principali: rata de transfer (propagare) a energiei și densitatea energiei - adică cantitatea acesteia. pe unitate de volum. Produsul celor două mărimi indicate ar da puterea maximă care ar putea fi obținută de la o suprafață unitară atunci când se utilizează energie de un fel sau altul.
Pyotr Kapitsa a spus că densitatea energiei solare este neglijabilă. În același timp, se propagă cu o viteză extraordinară - viteza luminii. De aceea, fluxul solar care vine pe Pământ nu este deloc mic, el oferă viață întregii vieți de pe planeta noastră. Cu toate acestea, omul de știință credea că energia solară, ca principală sursă de energie pentru întreaga omenire, este foarte ineficientă.
Pyotr Leonidovich Kapitsa în anii 1930
După cum a spus academicianul Kapitsa, la nivelul mării, ținând cont de pierderile din atmosfera Pământului, o persoană poate folosi în cele din urmă un flux de 100-200 W pe metru pătrat. La acea vreme, eficiența dispozitivelor care transforma energia solară în energie electrică a ajuns la 15 la sută.
Pentru a acoperi doar nevoile casnice ale unei gospodarii ar fi necesare panouri de 40-50 de metri patrati. Pentru a înlocui toate sursele de combustibili fosili existente pe Pământ cu energie solară, ar fi necesară construirea unei centrale electrice care să ocupe toată porțiunea terestră a ecuatorului, în timp ce lățimea panourilor solare ar ajunge la 50–60 km. Academicianul a considerat un astfel de proiect irealizabil, nici din punct de vedere tehnic, nici financiar, cu atât mai mult din motive politice.
Aproape o jumătate de secol mai târziu, cifrele au rămas practic neschimbate. Majoritatea panourilor solare în condiții normale au o eficiență de 15-20% (în timp ce eșantioane cu eficiență de 25-30 și chiar 45% au fost dezvoltate și testate experimental). Dar consumul de energie electrică de către aparatele moderne a fost redus semnificativ. Tendința de eficiență energetică a fost stabilită și menținută în întreaga lume.
Adevărat, energia solară încă nu are stele de pe cer, deși a primit un impuls uriaș în dezvoltare. Dar, ca și înainte, ea singură nu este capabilă să înlocuiască toate nevoile locuitorilor Pământului, cu toate acestea, până acum o astfel de sarcină nu se confruntă cu omenirea.
Kapitsa a respins energia geotermală din motive geografice destul de evidente. Poate fi dezvoltat eficient numai în locuri cu activitate vulcanică. Astfel de exemple sunt într-adevăr de succes, dar la scară limitată. În același timp, o astfel de energie avea și avantajele sale: nu depinde de vreme, anotimp, generarea de energie geotermală poate fi realizată în mod continuu, iar rezervele sale sunt, de fapt, inepuizabile.
Centrala geotermală Nesavetlir din Islanda
Inepuizabile, pe lângă energia solară și geotermală, sunt și rezervele de apă. Hidroenergia obținută din îndiguirea râurilor și în timpul mareelor poate fi utilizată eficient în economie. Până la mijlocul anilor 1970, hidroenergia reprezenta 5% din mixul energetic. Kapitsa credea că ar fi extrem de dificil să crească această pondere, deoarece doar anumite râuri erau potrivite pentru construirea de centrale hidroelectrice puternice, de preferință în zonele muntoase.
Academicianul a considerat utilizarea energiei eoliene ca fiind insuficient justificată economic din cauza densității reduse a fluxului de energie. În același timp, Kapitsa credea că utilizarea surselor alternative de energie ar putea fi solicitată pentru nevoile casnice, dar a considerat amploarea unei astfel de utilizări a fi mică.
Aproape o jumătate de secol mai târziu, se poate afirma că unele țări au obținut succes în utilizarea surselor alternative de energie datorită locației lor geografice și populației scăzute, precum Islanda. Toată energia electrică din această țară este generată din surse regenerabile (70 la sută - energie hidroelectrică, 30 la sută - energie geotermală). Dar succesele energiei eoliene l-ar surprinde probabil cel mai mult pe Petr Leonidovici. Astăzi, morile de vânt reprezintă o mare parte din generarea de energie electrică în mai multe țări europene, iar acest lucru este departe de consumul casnic.
Perspective pentru energie alternativă astăzi
Astăzi, perspectivele pentru energie alternativă par mult mai preferate decât acum o jumătate de secol. Acest lucru se datorează în mare măsură dezvoltării tehnologiei, științei și tehnologiei. În țările dezvoltate, ponderea energiei alternative crește treptat, în primul rând în generarea de energie electrică. De exemplu, în Statele Unite, contribuția energiei alternative la generarea de energie electrică în 2017 a fost estimată la 17,1 la sută (ținând cont de funcționarea marilor hidrocentrale). Și acesta nu este un rezultat excepțional.
În Europa, cifrele sunt mult mai mari într-un număr de țări. De exemplu, în prima jumătate a anului 2020, sursele de energie regenerabilă au reprezentat 56% din generarea de energie electrică în Germania. În același timp, în această țară europeană, doar 4 la sută proveneau din hidrocentrale clasice, 52 la sută proveneau din surse alternative, din care energia solară a reprezentat 11,4 la sută, iar eolianul a reprezentat 30,6 la sută din producția de energie electrică.
Turbine eoliene lângă coasta daneză. Foto: wikipedia.org
În unele țări europene, generarea de energie electrică din surse regenerabile de energie este și mai mare. Liderii sunt țările scandinave. De exemplu, Suedia și-a propus obiectivul ambițios de a elimina complet utilizarea combustibililor carboni până în 2040.
Danemarca, cea mai sudice dintre țările scandinave, își stabilește, de asemenea, obiective ambițioase de a-și reduce emisiile de CO2030 cu 2% până în 70, comparativ cu nivelurile din 1990. Aici este implementat și un program de amploare pentru dezvoltarea energiei eoliene. La sfârșitul anului 2019, ponderea energiei eoliene în producerea de energie electrică în Danemarca a ajuns la 55,2 la sută, ceea ce este deja un rezultat excelent.
Planuri foarte ambițioase de dezvoltare a energiei alternative sunt declarate astăzi și de China, care este încă principalul consumator de cărbune din lume. În același timp, cărbunele este unul dintre cei mai murdari combustibili fosili pentru ecologia planetei. Deși și aici merită să facem o ajustare pentru timp. Majoritatea centralelor termice chineze moderne au filtre de curățare excelente și reduc la minimum daunele aduse ecosistemului.
Potrivit experților chinezi, până în 2050 țara ar trebui să reducă producția de energie din centralele pe cărbune la 30-50% din consumul total de energie. Restul de 50-70% este planificat să fie furnizat prin utilizarea gazelor naturale, petrolului, precum și a surselor de energie regenerabilă, inclusiv energie nucleară, hidroenergie, energie eoliană și energie solară.
În ultimii ani, China a fost deja lider mondial în ceea ce privește capacitatea instalată în sectoarele hidroenergetice, eoliene și generare fotovoltaică. Producția de energie regenerabilă a Chinei a atins 2020 trilioane kWh în 2,2, reprezentând un total de 29,5% din consumul total de energie electrică al țării, potrivit Zhang Jianhua, șeful Administrației de Stat a Afacerilor Energetice din China. Aceasta este cu 9,5% mai mult decât ar putea genera țara cu ajutorul SRE în 2012.
Panorama unui parc eolian din provincia Shanxi, China. Foto: wikipedia.org
În același timp, spre deosebire de țările scandinave, China are perspective mai bune pentru dezvoltarea energiei solare. La sfârșitul anului 2020, în China a fost pusă în funcțiune o stație solară cu o capacitate de 2,2 GW. Facilitatea de infrastructură energetică este situată în vastul deșert al provinciei Qinghai. Pe lângă fotocelule directe, stația este dotată cu sisteme de stocare a energiei. Stația a fost conectată la zone dens populate ale Imperiului Celest cu ajutorul unei linii electrice de ultra-înaltă tensiune - 800 kV.
În mod tradițional, în Statele Unite se acordă multă atenție problemelor legate de energia verde. Acolo este adesea agenda alegerilor prezidențiale. Cu programul de introducere a biocombustibililor a vorbit George W. Bush. Noul președinte american Joe Biden promovează, de asemenea, în mod activ ideile de energie verde. El a fost gata să investească două trilioane de dolari în transferul de energie națională către surse ecologice, în timp ce o tranziție completă este planificată să fie realizată până în 2035.
Este puțin probabil ca aceste planuri să fie pe deplin implementate, dar impulsul este destul de evident. Companiile din sectorul energiei verzi au reacționat prin creșterea acțiunilor la alegerea lui Biden. Întreaga întrebare este în ce măsură va fi posibilă implementarea unui program ambițios, de vreme ce poveste cu biocombustibili, deși a primit o dezvoltare serioasă în Statele Unite, dar nu a atins cifrele anunțate de Bush.
Perspective pentru energie alternativă în Rusia
În Rusia, precum și în întreaga lume, ei înțeleg nevoia de a dezvolta energie alternativă și de a reduce impactul negativ asupra mediului. În același timp, Rusia nu a făcut niciun progres serios în acest domeniu.
Una dintre principalele frâne pentru dezvoltarea acestei direcții se numește în mod tradițional prezența în țară a rezervelor mari de combustibil organic. Din totalul resurselor energetice ale Rusiei în 2012, doar 4% proveneau din surse regenerabile, dintre care 2/3 au fost generate de hidroenergie.
În structura producției de energie electrică, situația este mai bună datorită hidrocentralelor, care au generat aproximativ 2020 la sută din toată energia electrică în 20, alte 12 la sută provin din centralele nucleare, doar 0,55 la sută din energia solară și 0,07 la sută din energia eoliană. (în marja de eroare). Cea mai mare parte a energiei electrice din Rusia este încă generată de centrale termice - 67 la sută.
Cea mai mare centrală solară din Rusia „Perovo” din Crimeea. Foto: Activ Solar / flickr.com
Se preconizează corectarea acestei situații prin dezvoltarea unor programe de energie regenerabilă. Până în 2035, volumul doar sprijinului de stat pentru proiecte în acest domeniu ar trebui să se ridice la 360 de miliarde de ruble. La începutul lunii iunie 2021 site-ul oficial al Guvernului Federației Ruse raportează despre aceasta. Acesta este al doilea program de dezvoltare a energiei regenerabile din Rusia, primul ar trebui să se încheie în 2024.
După cum a raportat anterior de către Ministerul Energiei, în perioada 2023-2035, Rusia este de așteptat să pună în funcțiune aproximativ 2,4 GW de energie solară, 4,1 GW de energie eoliană și 0,2 GW de hidrocentrale mici. În total, până în 2035, Rusia intenționează să introducă aproximativ 6,7 GW de capacitate generată din surse regenerabile de energie, care în cel mai bun caz va reprezenta aproximativ 4% din bilanțul energetic al țării.
Pentru comparație: în China, până în 2035, această pondere ar trebui să depășească 25 la sută și este deja la 15 la sută. La sfârșitul anului 2020, capacitatea totală a energiei solare a Chinei era de 253,4 GW, energia eoliană - 281,6 GW.