Капица оказался прав: революции в альтернативной энергетике ждать без толку

В октябре 1975 года на научной сессии в честь 250-летия Академии наук СССР академик Петр Капица, ставший тремя годами позже лауреатом Нобелевской премии по физике, сделал концептуальный доклад, в котором на основании базовых физических принципов доказал промышленную неэффективность всех видов альтернативной энергетики, за исключением управляемого термоядерного синтеза

Капица оказался прав: революции в альтернативной энергетике ждать без толку

Что же было основным аргументом Петра Леонидовича в скептическом отношении к энергии ветра и солнца? И насколько изменилось наше представление об альтернативной энергетике за прошедшие сорок с лишним лет?


Что предсказал Капица

Основным аргументом, который использовал Капица в своем докладе о возможностях альтернативной энергетики, был отнюдь не экономический подход, но соображения физического характера. Главным его возражением против безудержного увлечения модными даже тогда, сорок лет назад, концепциями «бесплатной и экологически чистой альтернативной энергетики» было очевидное ограничение, которое не разрешено и по сей день: ни один из альтернативных источников энергии, будь то солнечные батареи, ветряные электростанции или же водородные топливные элементы, так и не достиг плотностей энергии и мощности, которые обеспечиваются таким ископаемым топливом, как уголь, нефть и газ или же атомной энергетикой.

К сожалению, такого рода ограничение носит не политический, но именно физический характер — вне зависимости от государственного строя или выбранной в стране идеологии, любой экономике приходится в той или иной степени базироваться именно на физических законах окружающего нас мира. Усилия ученых или инженеров могут достаточно близко приблизить нас к теоретическому физическому пределу той или иной технологии, но, увы, абсолютно бесполезны в попытке перепрыгнуть через такого рода ограничитель.

Капица оказался прав: революции в альтернативной энергетике ждать без толку

Так, например, лимитирующей константой для солнечной энергетики является так называемая «солнечная постоянная», которая составляет 1367 Вт на квадратный метр на орбите нашей Земли. К сожалению, этот «орбитальный киловатт» совершенно недоступен для нас, обитающих на земной поверхности. На количестве достигающей поверхности Земли солнечной энергии сказывается масса факторов: погода, общая прозрачность атмосферы, облака и туман, высота Солнца над горизонтом.

Но что самое главное — вращение нашей планеты вокруг своей оси, которое сразу же уменьшает доступную энергию солнечной постоянной практически вдвое: ночью Солнце находится ниже линии горизонта. В итоге нам, жителям Земли, приходится довольствоваться максимум десятой частью орбитальной солнечной постоянной.

Те же проблемы преследуют и еще один краеугольный камень возобновляемой энергетики — технологию водородных топливных элементов. Они предполагались дешевой заменой тяжелым, экологически небезопасным и неэффективным химическим аккумуляторам.

Петр Капица писал: «На практике плотность потока энергии очень мала, и с квадратного метра электрода можно снимать только 200 Вт. Для 100 мегаватт мощности рабочая площадь электродов достигает квадратного километра, и нет надежды, что капитальные затраты на построение такой электростанции оправдаются генерируемой ею энергией. Значит, топливные элементы можно использовать только там, где не нужны большие мощности. Но для макроэнергетики они бесполезны».

Мы наш, мы новый мир построим!

Результатом ограничителей солнечной энергетики стало знание, хорошо доступное еще в 1975 году: реально с одного метра земной поверхности можно собрать не более 100–200 Ватт усредненной суточной мощности солнечной энергии. Иными словами, для удовлетворения даже текущих потребностей человечества площадь солнечных электростанций, размещенных на поверхности Земли, оказывалась бы просто громадной.

Кроме того, для размещения солнечных батарей наиболее подходящей была бы полоска земной поверхности вдоль земного экватора — или же в пустынных тропических районах, в то время как большая часть потребителей солнечной энергии находится в умеренном поясе Северного полушария. Как следствие, абстрактные «квадратики» солнечных батарей в Сахаре, которые так любят рисовать апологеты беспредельной солнечной энергии, оказываются не более чем виртуальным допущением.

Но это отнюдь не остановило тех, кто недостаточно полно усвоил школьный курс физики. Проекты по солнечному освоению Сахары возникали и возникают с завидной регулярностью.

К примеру, основанная в 2003 году европейская компания Desertec, которая пыталась осуществить мегапроект строительства солнечных электростанций в Тунисе, Ливии и Египте для поставок солнечной электроэнергии в Западную Европу, несмотря на участие в проекте таких крупных корпораций и банков, как Siemens, Bosch, ABB и Deutche Bank, десять лет спустя, в 2013 году, тихо обанкротилась. Оказалось, что стоимость постройки и обслуживания электростанций в Сахаре и цена транспортировки электроэнергии за тысячи километров, даже при «бесплатной» солнечной постоянной в Сахаре, не омрачаемой тучами или туманами, оказалась просто запредельной.

Не более радужно обстоят дела и с солнечной электроэнергетикой в самой Западной Европе, в которой вот уже второе десятилетие подряд различными странами и фондами выделяются триллионы долларов на развитие солнечной и ветряной энергетики. Несмотря на «золотой дождь», который обильно пролился на сектор возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и на всемерную политическую поддержку возобновляемой энергетики (даже за счет насильного закрытия АЭС и угольных ТЭС), «промежуточный финиш» для ВИЭ по состоянию на 2016 год отнюдь не столь впечатляющ.

Так, к 2015 году Германия и Дания, установившие у себя максимальное количество ветряков и солнечных батарей, имели и самые высокие цены на электроэнергию — 29,5 евроцента и 30,4 евроцента за кВт-час. В то же время «отсталые» в плане установки ВИЭ Болгария и Венгрия, в которых еще во времена СССР были построены мощные АЭС, могли похвастаться совсем иными расценками на электроэнергию — соответственно 9,6 и 11,5 евроцента за кВт-час.

Капица оказался прав: революции в альтернативной энергетике ждать без толку

Сегодня речь идет о том, что амбициозную программу «2020» по ВИЭ, которую принял Евросоюз и согласно которой к 2020 году 20% электроэнергии в странах ЕС должно производится из возобновляемых источников, возложили на плечи европейских налогоплательщиков, которых и подписали к оплате специально завышенного тарифа на электроэнергию. Достаточно сказать, что, в пересчете на российские реалии, немцы и датчане платят 20–21 рубль за каждый потребленный киловатт-час).

Поэтому и получается, что нынешние успехи ВИЭ связаны не с экономическими реалиями их выгодности и даже не с впечатляющим прогрессом в совершенствовании КПД или уменьшении их стоимости производства и обслуживания, но в первую очередь — с протекционистской политикой стран ЕС по отношению к ВИЭ и устранением любой конкуренции со стороны тепловой или атомной энергетики, подвергающейся дополнительному налоговому прессу (сборам за выбросы углекислого газа), а то и прямому запрету (как атомная энергетика в Германии).

Есть ли глобальное будущее у ВИЭ?

Безусловно, сама по себе концепция ВИЭ является жизненной и своевременной — запасы дешевого органического топлива (нефти, газа, угля) и даже урана на планете Земля не беспредельны, в силу чего востребованность альтернативных источников энергии будет только расти. Традиционная энергетика рано или поздно столкнется и с дефицитом доступного, дешевого топлива, и с ростом себестоимости производства электроэнергии.

Кроме того, безусловно, никто не возражает против разумного использования солнечной и ветряной энергетики. Во многих местах мира она может стать незаменимым вариантом ухода от традиционной генерации. Так, весьма разумным представляется использование ветряной и солнечной энергии в прибрежных, особенно островных, тропических территориях, куда затруднительно обеспечивать транспортировку традиционных энергоносителей (нефти и газа), либо же их использование экологически опасно (уголь).

Однако надо учитывать, что нынешний вариант альтернативной энергетики, который ставит во главу угла лишь солнечную и ветряную энергию, будет всегда страдать от нерегулярности их производства, удаленности выгодных районов для размещения ветряных и солнечных электростанций от возможных потребителей и несоответствия масштабов солнечных и ветряных электростанций даже текущим запросам человечества на производство электроэнергии, не говоря уже обо всей первичной энергии.

Сегодня «чистая» электроэнергия (в секторе которой и сосредоточено все производство энергии из ВИЭ) составляет лишь 9% от производства мировой первичной энергии. Остальные 91% первичной энергии потреблялся в иных формах — в виде энергии угля, нефти, газа и даже биомассы. Причем, что интересно, условных «дров» (биомассы) весь мир в 2016 году потребил даже больше, чем «чистой» электроэнергии — целых 11% от общего баланса. При этом «чистая» электроэнергия оказывалась практически везде в мире в 3–4 раза дороже даже качественной первичной энергии (нефти, газа, угля) в пересчете на кВт-час, не говоря уже об энергии биомассы.

Все это показывает очевидное — путь к новой энергетике не столь прост, как это представляется в рекламных проспектах Европейского союза. Впрочем, Петр Леонидович Капица говорил об этом еще 42 года тому назад...



promo toomth april 22, 2020 19:00 171
Buy for 100 tokens
Не смотря на дикие пробки на трассе Керчь-Симферополь, я таки выдвинулся сначала в райцентр Ленино, а потом и в город-спутник Щелкино, а уже от туда попёрся на АЭС. В дикую жару, километров через 5 я понял что зря не взял такси... Пришлось намотать километров 20. В следующий раз возьму транспорт.…
Капица оказался прав: революции в альтернативной энер
Пользователь ansari75 сослался на вашу запись в своей записи «Капица оказался прав: революции в альтернативной энергетике ждать без толку » в контексте: [...] Оригинал взят у в Капица оказался прав: революции в альтернативной энергетике ждать без толку [...]
Капица оказался прав: революции в альтернативной энер
Пользователь starper_54 сослался на вашу запись в своей записи «Капица оказался прав: революции в альтернативной энергетике ждать без толку » в контексте: [...] Оригинал взят у в Капица оказался прав: революции в альтернативной энергетике ждать без толку [...]
Капица был прав: революции в альтернативной энергетик
Пользователь starcom68 сослался на вашу запись в своей записи «Капица был прав: революции в альтернативной энергетике ждать без толку » в контексте: [...] Оригинал взят у в Капица оказался прав: революции в альтернативной энергетике ждать без толку [...]
Какая чушь. Развитые индустриальные страны ЕС уже сейчас способны при помощи солнечной и ветровой энергетики покрывать до 30% всего энергопотребления страны, а в пик до 50-60%. Для обеспечения энергией домохозяйств уже сейчас почти в любой стране мира хватает солнечной батареи площадью с крышу дома. И еще остается на продажу в сеть.
ахахаха. какая чушь. развитые страны которые наращивают можности АЭС?? ну-ну. Солнечные батареи площадью с мою квартиру не прокормят даже мой кондиционер)))
Капица оказался прав: революции в альтернативной энер
Пользователь jones_bustopher сослался на вашу запись в своей записи «Капица оказался прав: революции в альтернативной энергетике ждать без толку » в контексте: [...] Оригинал взят у в Капица оказался прав: революции в альтернативной энергетике ждать без толку [...]
200 лет назад самые великие умы мировой науки утверждали что полёты на аппаратах тяжелее воздуха не возможны, а уже через сто лет самолёт даже не был диковинкой, Утверждение Капицы актуальны для своего времени, но он не учитывал открытие новых материалов и технологий.
Капица оказался прав: революции в альтернативной энер
Пользователь gandzja сослался на вашу запись в своей записи «Капица оказался прав: революции в альтернативной энергетике ждать без толку » в контексте: [...] Оригинал взят у в Капица оказался прав: революции в альтернативной энергетике ждать без толку [...]
Как бы раньше то в учебник физики заглянуть, может не ввязывался бы в эту авантюру.
По Челябинской области.
1. Ветряная электроэнергия - это вражда с соседями. Скрипит она сильно, соседи достанут жалобами во всякие инстанции.
2. Солнечная электроэнергия - на деле оказывается не такой уж халявной, аккумуляторов хватает на 2-3 года, а потом новая покупка. Пару раз горел контроллер, чинить его не дешево, даже самому. Да и как говорил товарищ Капица, солнца реально не хватает!!!
3. Производство электроэнергии - деятельность лицензируемая, лицензию получить нереально, так что отдавать что то в сеть, или даже соседям - уголовно наказуемое деяние, с вполне реальными сроками.
4. Из всего бесплатного - более менее окупаемое - это солнечное отопление, и то, только для экономии тепла, но никак ни 100% замена нагревательному котлу.
Даже при современном КПД солнечных батарей в 16% в среднем человеку хватит 7 квадратных метров батареи в солнечном месте для покрытия всех годичных потребностей. А это, минуточку, квадратик площадью 32х32 километра покрытый батареями, скажем на Алтае - и этого хватит для обеспечения потребностей всех россиян. Ну или квадратик со стороной 230х230 километров в Сахаре для покрытия всей потребности в электричестве всех землян. Так, что Элон Маск со своими солнечными крышами просто убъет традиционную энергетику. Китай это, кстати говоря, уже давно понял, судя по активному развитию гелиоэнергетики.
"человеку хватит 7 квадратных метров батареи в солнечном месте" - не хватит даже на мой компьютер)))
Китай Активно строит АЭС!))
(Anonymous)
Курица-не-птица. Младший Капица- не старший Капица

Да еще надо Теслу заправить, дом отопить, улицу осветить... И для дома иметь не +16, как в европе, а любимые +20. И в жару кондишн чтоб работал, и вода грелась и... а уж в зимних сумерках добыча энергии сродни подвигу. Но и отказываться совсем не стоит. Как ит ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО источника.

Я сейчас страшную вещь скажу: "альтернативная" энергетика была и есть на каждом целлюлозном производстве. Там сжигают один щелок (отход) и получают химикат, который снова направляют в производство. А Капица страшно далек от народа.
Сжигание - не альтернативная энергетика. По этому принципу ТЭС работают)))
будущее- уже есть.
"Альтернативная" энергетика не оправдала ожиданий Капицы и опередила ядерную.
на 2016 год,
Based on REN21's 2016 report, renewables (from renewable resources, which are naturally replenished on a human timescale, such as sunlight, wind, rain, tides, waves, and geothermal heat.) contributed 19.2% to humans' global energy consumption and 23.7% to their generation of electricity in 2014 and 2015, respectively.

There are over 440 commercial nuclear power reactors operable in 31 countries, with over 390,000 MWe of total capacity. They provide over 11% of the world's electricity.

Вкратце- если взять мировое производство электроэнергии за 100%, то доля электричества из"возобновимых" источников (солнце, ветер, геотермальные источники, приливы, итп) составляет 24%, аот АЭС -11%, или в 2 раза меньше.

Edited at 2017-07-28 05:43 am (UTC)

Петр Леонидович в 75-м году написал "длинное заявление" на выделение средств на термояд. :)
Который, кстати, так и не вышел из стадии научных исследований.
.
А с тех пор потребление электроэнергии во многих областях сократилось в разы (в том же бытовом хозяйстве), особенно в развитых странах, так что ветро и солнечные станции вполне себе могут если не полностью обеспечивать, то во всяком случае приносить заметную экономию. особенно летом в южных районах.
Ахахахах в бытовом хозяйстве увеличилось в разы вообще-то )) особенно в развитых странах. Эти графики общедоступны в сети.
(Anonymous)
Можно в Африке заряжать аккумуляторы и отвозить в Европу.