Зеленая энергетика в СССР

Задолго до «Зеленого курса» Джо Байдена, напомним американский президент анонсировал постепенный переход на возобновляемые источники энергии, с поэтапным отказом от использования нефти и газа, по самым приблизительным оценкам план оценивается в 2 триллиона долларов, и задолго до пламенной речи в ООН шведской школьницы Греты Тунберг посвященной «катастрофическими» последствиям для климата использования в том числе традиционных нефти и газа, вызвавшей в Европе огромный общественный резонанс и увеличение сторонников чистой, не загрязняющей экологию энергетики.

Так вот задолго до всего этого «Зеленого бума», СССР являлся одним из лидером по разработке возобновляемых источников энергии. После ужасающих разрушений Великой Отечественной войны, советские ученые и инженеры были вынуждены искать источники энергии, которые сейчас пафосно называют «Энергетикой 21 века».  Одно из модных сейчас направлений Ветроэнергетика успешно развивалась в СССР. Энергия ветра одна из первых энергий используемая людьми, вспомним хотя бы ветряные мельницы. В СССР еще до войны построили самую большую ветряную электростанцию. 20 метровая Балаклавская ветряная электростанция была гордостью Крыма, пока не была разрушена немцами, во время Великой Отечественной. В период с 1950 года по 1955 год только одно советское предприятие «Ветроэн» выпустило почти 45;000 ветроустановок мощностью до 100 кВт каждая. Активно развивалась и солнечная энергетика, еще в 1938 году были созданы одни из первых фотоэлектрических элементов для получения электрической энергии. В 1957 СССР впервые применили фотоэлектрические панели в космосе. Дальнейшие исследования солнечной энергии привели к созданию в 1985 году в Крыму одной из самых мощных на тот момент солнечных электростанций СЭС – 5, ее мощность составляла 5000 кВт. Причем это был только прототип, в планах была постройка в средней Азии солнечных электростанций мощностью уже 300;000 кВт. Увы этим грандиозным планам не суждено было сбыться, а после известных событий 1991 года СЭС – 5 была разобрана на металлолом. Впрочем, можно посмотреть на макет станции в Политехническом музее.

В СССР построили первые в мире геотермальные станции бинарного типа, ряд геотермальных станций успешно работают до сих пор это Паужетская станция (1965 год постройки) и Паратунская станция (1967 год постройки) Геотермальные станции получают электроэнергию из тепловой энергии подземных источников.

В ряде регионов России, например, на Камчатке, такого вида станции вполне могли хотя бы частично обеспечить регион электроэнергией. Развивалась в СССР и такая специфическая отрасль, как приливная энергетика, использующая для выработки электричества энергию приливов и отливов. Кислогубская приливная электростанция - сокращенно ПЭС, успешно функционирует до сих вырабатывая правда, всего 1.7 МВт, но и в эксплуатацию она вводилась еще в 1969 году. Расположена она на побережье Баренцева моря. Планировалось в СССР создание ПЭС на Белом море мощностью 11;000 МВт и на Охотском море мощность 8000 МВт, однако все эти проекты после распада СССР остались нереализованными.

Однако винить во всем известные события 1991 года не стоит, развитие Зеленой Энергетики в СССР стало плавно затухать после открытия больших месторождений Сибирской нефти и энергетического кризиса 70-х годов, когда благодаря подорожанию нефти стало выгодно продавать ее на Запад. Развивать энергетические технологии, которые в XXI веке назовут прорывными, и на которые станут ориентироваться все развитые страны, стало не интересно. Как в прочем и многие продукты технологии стали закупать на Западе за полученные от продажи нефти доллары. К сожалению, именно ориентация на торговлю нефтью и газом подтолкнуло СССР а затем и Россию, к нефтегазовой игле, поставив экономику в зависимость от котировок цен на нефть и газ.

Сегодня ветроэнергетика популярна во всем мире как экологичный способ выработки электроэнергии. Мощность ветровых установок увеличивается с каждым годом и исчисляется сотнями гигаватт. В Европе, например, ветряные электростанции уже вырабатывают 16% от всей энергии, а в отдельных странах, вроде Дании, этот показатель приближается к 50%. В сегодняшней России ветроэнергетика не слишком распространена, ее доля от общего производства электроэнергии составляет всего 1% (притом, что за 2020 год в стране мощность ветроустановок увеличилась в три раза). Однако сто лет назад идея использовать ветер вызвала большой энтузиазм у советских ученых.

Электрификация страны была одной из глобальных задач большевиков после революции 1917 года. На тот момент немногочисленные электростанции работали на торфе, угле и нефти, и было понятно, что для драматического увеличения выработки энергии нужен какой-то новый источник, дешевый и присутствующий в изобилии. Так взгляды ученых обратились к энергии воды и ветра.

Несмотря на то, что гидроэлектроэнергетика оказалось более эффективной и заняла значительное место в энергообеспечении СССР (в сегодняшней России 20% электроэнергии вырабатывается на гидроэлектростанциях), сначала на ветер возлагались также большие надежды.

В 1918 году в Москве был основан Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), где были разработаны первые серийные ветрогенераторы мощностью до 30 киловатт. Если сравнивать с современной техникой, столько энергии хватило бы на месяц работы холодильника.

В хозяйстве такие небольшие генераторы очень были кстати. Они использовались в отдаленных районах СССР, например, в Бурятии, на станциях Северного морского пути. С их помощью заряжали батареи, питали радиоузлы, можно было освещать дома. Всего было выпущено несколько тысяч малых ветряков.
Разрабатывали ветрогенераторы и другие проектные бюро. Так, в 1931 году под Балаклавой (Крым) появился самый мощный на тот момент ветряк в 100 киловатт.

На заставке: ветряк в Балаклаве

Сейчас промышленные ветрогенераторы достигают мощности 6–8 мегаватт, но столетие назад 100 киловатт было настоящим прорывом.
Вес балаклавского агрегата достигал 9 тонн, а размах лопастей 30 метров. Изобрел его Юрий Кондратюк, один из пионеров космонавтики (в частности, он рассчитал траекторию полета к Луне), который также занимался проектированием ВЭС.

Генератор в Крыму питал целую трамвайную линию Балаклава-Севастополь. Однако во время Великой Отечественной войны и генератор, и сама трамвайная линия были разрушены при обстреле и не подлежали восстановлению. В середине 1930-х был проект еще одной ВЭС в Крыму вблизи вершины горы Ай-Петри, который не удалось осуществить.

Основная проблема первых ветряков была в отсутствии накопителя, то есть в безветренную погоду можно было остаться без электричества. Решить эту задачу пытался изобретатель-самоучка из Курска Анатолий Уфимцев. В его старом доме до сих пор сохранилась та самая ветряная электростанция с накопительным диском, построенная им в 1931 году. Деньги на создание этого проекта выделил ЦАГИ и даже культовый советский писатель Максим Горький. Ветряк Уфимцева освещал его мастерскую, дом, а также часть улицы, на которой был расположен. Станция продолжала работать после смерти изобретателя в 1936 году и даже во время немецкой оккупации. До 1957 года работу станции поддерживал местный механик, который также принимал участие в ее строительстве. Однако затем ветряк пришлось остановить из-за изношенности некоторых деталей. Заново запустить его так и не удалось. Сегодня дом Уфимцева стал одной из достопримечательностей Курска, где собираются любители необычной техники.

С развитием энергетики стали очевидны недостатки ветряков в сравнении с энергией воды, атома или газа, но тем не менее, энергию ветра продолжали использовать, когда это было необходимо, в том числе, для промышленности и «великих строек» на Крайнем Севере и Дальнем Востоке.
В 1973 году появилась государственная программа по развитию ветроэнергетики.

Один из первых полноценных ветропарков появился в конце 1980-х на острове Сааремаа (Эстония), который включал в себя 64 ветрогенератора и обеспечивал энергией целый рыбозавод.
Тогда же был разработан генератор «Радуга-1» мощностью 1 мегаватт. Один из таких генераторов сохранился в Калмыкии — он работал до 2014 года, а сейчас оказался заброшенным.

А для домашнего хозяйства предприятие «Ветроэн» выпускало небольшие ветряки под названием «Ромашка». Некоторые из этих аппаратов можно и сегодня увидеть на дачах, главным образом, ветряные насосы. «Работает круглосуточно и бесплатно, — пишет пользователь такого насоса, — Поднимает воду с глубины до 8 метров со скважины или колодца». К плюсам устройства он относит и его безопасность, так как здесь нет деталей, которые могут сгореть.

8 октября 1975 года академик Пётр Леонидович Капица выступил на научной сессии, посвященной 250-летию Академии наук страны. Академик, который спустя три года будет удостоен Нобелевской премии по физике, прочитал концептуальный доклад, в котором, основываясь на базовых физических принципах, похоронил практически все виды «альтернативной энергетики». Исключение ученый сделал только для управляемого термоядерного синтеза.

Спустя практически полвека, ситуация всё-таки изменилась. Хотя на долю альтернативной энергетики по-прежнему приходится недостаточно выработки электричества, развитие и рост данного направления очевидны. По данным нефтегазовой компании British Petroleum, в 2019 году выработка альтернативных возобновляемых источников энергии (без учета крупных ГЭС), достигла 10,4 процента в общемировой генерации электричества. Впервые альтернативная энергетика обошла по этому показателю атомную энергетику.

О чем говорил академик Капица

Альтернативная энергетика представляет собой большую совокупность перспективных способов получения, передачи и использования энергии (очень часто речь идёт о возобновляемых источниках). Основной интерес такой вид энергетики представляет за счёт выгодности использования и низкого риска причинения вреда окружающей среде.

Соображения известного ученого и академика базировались на том, что какой бы источник энергии мы не рассматривали, его всегда можно было бы охарактеризовать при помощи двух основных параметров: скорости передачи энергии (распространения) и плотности энергии – то есть её количества в единице объема. Произведение двух обозначенных величин давало бы на выходе ту максимальную мощность, которую можно было бы получить с единицы поверхности при использовании энергии того или иного вида.

Пётр Капица говорил, что плотность солнечной энергии ничтожна. При этом она распространяется с огромной скоростью – скоростью света. Именно поэтому приходящий на Землю солнечный поток совсем не мал, он обеспечивает жизнь всему живому на нашей планете. Однако ученый считал, что солнечная энергия в качестве основного источника энергии для всего человечества очень неэффективна.

Как говорил академик Капица, на уровне моря, принимая во внимание потери в атмосфере Земли, человек в конечном итоге может использовать поток в 100–200 Вт на один квадратный метр. На тот момент КПД устройств, которые преобразовывали солнечную энергию в электричество, доходил до 15 процентов.

Для того, чтобы покрыть только бытовые потребности одного домохозяйства потребовались бы панели площадью 40-50 квадратных метров. Для того чтобы заменить солнечной энергетикой все источники существующего на Земле ископаемого топлива потребовалось бы построить электростанцию, которая занимала бы всю сухопутную часть экватора, при этом ширина солнечных батарей достигала бы 50–60 км. Такой проект академик считал нереализуемым ни по техническим, ни по финансовым, ни тем более по политическим причинам.

Спустя почти полвека цифры практически остались неизменными. Большинство солнечных панелей в обычных условиях имеют КПД на уровне 15–20 процентов (при этом экспериментально разработаны и испытаны образцы с 25–30 и даже 45 процентами эффективности). А вот потребление электричества современными приборами существенно сократилось. Тренд на энергоэффективность задан и выдерживается во всём мире.

Правда, солнечная энергетика действительно по-прежнему не хватает звёзд с неба, хотя и получила огромный импульс в развитии. Но, как и ранее, она одна не в состоянии заменить всех потребностей жителей Земли, правда, пока такая задача перед человечеством и не стоит.

Геотермальную энергетику Капица забраковал по вполне очевидным географическим причинам. Её можно эффективно развивать только в местах с вулканической активностью. Такие примеры действительно успешны, но в ограниченных масштабах. При этом у такой энергетики были свои плюсы: она не зависит от погоды, времени года, генерация геотермальной энергии может осуществляться непрерывно, а её запасы, по сути, неистощимы.

Неисчерпаемыми, помимо солнечной и геотермальной энергии, являются также запасы воды. Гидроэнергия, получаемая при запруживании рек и во время морских приливов, может эффективно использоваться в экономике. На середину 1970-х годов на гидроэнергетику приходилось 5 процентов в энергетическом балансе. Капица считал, что увеличить эту долю будет крайне сложно, так как для строительства мощных ГЭС подходили только определенные реки, желательно в горной местности.

Использование ветровой энергии академик считал недостаточно экономически оправданным по причине низкой плотности энергетического потока. При этом Капица считал, что использование альтернативных источников энергии может оказаться востребованным в бытовых нуждах, но масштабы такого использования он считал небольшими.

В 1989 году в СССР была принята комплексная программа по использованию альтернативной энергии, которая, однако, не была реализована из-за распада страны.

Я не такой умный, как академик Капица, но считаю, он прав.  Альтернативные источники могут обеспечить электроэнергией бытовые нужды,  ведь нынешние проблемы с зеленой энергетикой в Европе  показывают, что удовлетворить промышленные нужды в электроэнергии альтернативные источники не могут, и как выходит из расчетов Капицы, вряд ли когда возможны.