Безусловно, энергетика является важнейшей – если не главной – составляющей жизнеобеспечения государства. Ее потенциал позволяет обеспечивать все направления деятельности человека. Причем это стало очевидным еще на заре человечества, когда при помощи огня люди научились преобразовывать химическую энергию в тепловую. Затем, на протяжении тысячелетий, механизмы для этого преобразования постоянно совершенствовались – от собственной мускульной силы человека до мельниц, паровой машины, двигателя внутреннего сгорания, гидравлической, паровой и газовой турбин, электрических генератора и двигателя. Позже появились аккумуляторы, топливные элементы, преобразователи солнечной энергии в электрическую и – уже в середине ХХ столетия – атомные реакторы[2]. За длительную историю существования энергетики появились почти совершенные с технической точки зрения инструменты для устойчивого и бесперебойного (практически в любых климатических условиях) обеспечения людей электроэнергией.

Однако, к сожалению, деятельность энергетической системы наносит существенный вред экологическому равновесию планеты, поскольку предприятия топливно-энергетического  комплекса (ТЭК) являются источником попадания в атмосферу 60% загрязняющих веществ от всех промышленных выбросов. При этом «негативное воздействие предприятий ТЭК на окружающую среду выражается  не только в  загрязнении  природных  сред  органическими  и  неорганическими   веществами, но также оно происходит и в результате изъятия и деградации почв и земель из-за складирования и закачки отходов, подтопления,  подработки  территорий, изменения сейсмотектонических условий и  др.»[3]

Кроме того, в России централизованные энергетические системы часто демонстрируют свою неустойчивость в процессе снабжения потребителей электроэнергией и теплом. По мнению экспертов, одной из причин этого является «состояние “отложенного кризиса” в энергетике страны, обусловленное быстрым старением основного оборудования, отсутствием в достаточном объёме необходимых инвестиций для обновления и строительства новых энергетических объектов и их ремонта, сложности со снабжением топливом»[4].

Особую опасность в связи с этим таят в себе атомные электростанции.  В случае чрезвычайных ситуаций их ущерб окружающей среде невосполним. Но даже при функционировании в штатном режиме в районах расположения АЭС неизменно растет уровень заболеваемости населения онкологическими и другими серьезными заболеваниями. Атомные электростанции являются также источником нарушения теплового баланса атмосферы (на конечном этапе производства электроэнергии), как и любые другие тепловые электростанции, работающие на газе, угле, мазуте. Хотя производственный цикл АЭС, несомненно, более совершенен с технологической точки зрения.

Кроме того, атомная энергетика, вопреки распространенному мнению, не является малозатратной отраслью производства. В стоимость атомной энергии обычно не включают утилизацию ядерных отходов и расходы по выводу из эксплуатации атомных реакторов (эта информация от профильных структур не является общедоступной, поэтому цифры в разных источниках существенно отличаются[5]). Поэтому «учитывая все затраты на добычу топлива, нейтрализацию, утилизацию и захоронение отходов, консервацию отработавших реакторов (а их ресурс не более 30 лет), расходы на социальные, природоохранные нужды, то стоимость энергии АЭС многократно превысит любой экономически допустимый уровень»[6].

Таким образом рост спроса на традиционные энергоносители, их ограниченность, повышение уровня загрязнения окружающей среды, изменение теплового баланса Земли постепенно приводят к более масштабному переходу на альтернативные источники энергии. Популярность энергетических установок, использующих в качестве топлива возобновляемые источники, стремительно растет. Согласно требованиям Европейского Союза, «к 2015 году все здания государственного и частного сектора должны иметь соединенные сетью энергоустановки, использующие солнечную, ветровую или другую бестопливную энергетику»[7].

Такая установка актуальна и для России. Дмитрий Стребков, директор Всероссийского НИИ электрификации сельского хозяйства РАСХН объясняет: «Двадцатый век был последним веком дешевой энергии… Нужны новые энергетические технологии, чтобы обеспечить устойчивое будущее развитие… [Они] не будут использовать ископаемое топливо. Глобальная солнечная энергетическая система, состоящая из трех солнечных электростанций, расположенных в Австралии, Африке и Северной Америке, сможет обеспечивать электроэнергией, водородным топливом и теплом круглосуточно все районы Земли в течение миллионов лет и перевести все электростанции, работающие на ископаемом топливе, в разряд резервных электростанций»[8].

Итак, природные запасы энергии велики и неисчерпаемы. Среди наиболее распространенных и востребованных сегодня возобновляемых источников энергии лидируют солнце и ветер. Интересен тот факт, что энергию солнечного излучения использовали еще древние римляне. Археологические раскопки показали, что в некоторых постройках по специальным каналам теплый воздух от части зданий, нагреваемых солнечным излучением, поддерживал во всех помещениях комфортную температуру[9]. А одна из легенд гласит, что еще в III в. до н.э. Архимед Сиракузский применил солнечный свет в целях обороны от вражеских галер полководца Марцелла. В «Истории», составленной римским хронистом Цеци можно найти следующее свидетельство: «Когда римские корабли находились на расстоянии полета стрелы, Архимед стал действовать шестиугольным зеркалом, составленным из небольших четырехугольных зеркал, которые можно было двигать при помощи шарниров и металлических планок. Он установил это зеркало так, чтобы оно пересекалось в середине зимней и летней солнечными линиями, и поэтому принятые этим зеркалом солнечные лучи, отражаясь, создавали жар, который обращал суда римлян в пепел, хотя они находились на расстоянии полета стрелы»[10]. Правда, это всего лишь легенда, фактическую основу которой многие позже поставят под сомнение.

Но очевидно то, именно изложенный Цеци принцип преобразования солнечной энергии лежит в основе работы современных гелиоэлектростанций: «Установленные на значительной, до нескольких тысяч квадратных метров, территории зеркала-гелиостаты, поворачивающиеся вслед за Солнцем, направляют лучи солнечного света на емкость с теплоприемником, в качестве которого обычно выступает вода. Дальше все происходит так же, как на обычных ТЭС: вода нагревается, закипает, превращается в пар, пар крутит турбину, турбина передает вращение на ротор генератора, а тот вырабатывает электричество»[11]. Наиболее крупные гелиоэлектростанции расположены сегодня в США, Швейцарии, Германии, Испании, Италии.

Потенциал солнечной энергии огромен. Только 0, 0125% ее мощности мог бы обеспечить потребности всей мировой энергетики. Энергия солнца, достигаемая поверхности Земли, в 1600 раз больше энергии, производимой всеми остальными источниками вместе взятыми. Солнечные коллекторы экологически безопасны, работают бесшумно, имеют высокую износостойкость (срок службы солнечной батареи – несколько десятков лет). Однако данный ресурс использовать сполна не представляется возможным. Этому препятствуют не всегда благоприятные погодные условия. А поскольку солнечное излучение имеет малую плотность потока, солнечный коллектор должен располагаться на большой площади, чтобы «перехватить» этот поток. Но даже в этом случае энергетическая мощность заметно уступает топливным установкам и гидроэлектростанциям. Минусом гелиэнергетики также считают и высокую стоимость солнечных батарей, - окупаемость промышленной гелиоэлектростанции составляет 14-15 лет.  Поэтому неслучайно некоторые специалисты отрасли видят в гелиоэнергетике ресурс для получения лишь вторичных видов энергии в солнечных районах Земли.

Другим актуальным направлением развития отрасли является ветроэнергетика. По прогнозам Мирового энергетического агентства (International Energy Agency) к 2030 г. доля ветроэнергетики в мировом энергетическом балансе достигнет 60%[12]. Только в Европейском Союзе, по данным аналитиков, к 2020 году в этой сфере будут заняты 520 тыс. человек[13].

Принцип действия всех ветрогенераторов следующий: «под напором ветра вращается ветроколесо с лопастями, передавая крутящий момент через систему передач валу ветрогенератора, вырабатывающего электроэнергию, водяному насосу или электрогенератору. Чем больше диаметр ветроколеса ветрогенератора, тем больший воздушный поток оно захватывает и тем больше энергии вырабатывает ветрогенератор»[14].

Учитывая, что довольно большие территории (в том числе в России) не охвачены электрификацией, но при этом имеют большой ветровой потенциал, применение ветровых установок могло бы существенно сэкономить углеводородное топливо, производимое дизельными или бензиновыми двигателями (практика показала, что энергия, получаемая от ветрогенератора, в 4 раза дешевле традиционной). Это особенно актуально для небольших поселений, не охваченных централизованным энергоснабжением. В нашей стране ветровой потенциал в среднем оценивается в 80 трлн. кВт/ч в год, а на Северном Кавказе -  в 200 млрд. кВт/ч (62 млн. т условного топлива), что существенно больше соответствующих величин технического потенциала органического топлива[15].  Только вдоль берегов Северного Ледовитого океана на протяжении 12 тыс. км среднегодовая скорость ветра составляет 5-7 м/с (для ветроустановки достаточно 4-5 м/с)[16]. В целом же, суммарная мощность ветряных ферм в мире, по данным Всемирного совета по энергии ветра (Global Wind Energy Council (GWEC)),  составила в 2011 году 238 000 МВт[17].

Тем не менее, даже самые мощные ветровые установки не могут обеспечить потребности в электроэнергии крупных городов. Поэтому ветроэнергетика развивается в малом и среднем сегментах: технология не пойдёт по пути повышения размеров ветроустановок: «Будущее принадлежит ветрогенераторам мощностью от 5 до 100 киловатт, которые будут обеспечивать потребности загородных и деревенских домов, нужды сельского хозяйства, поселений и небольших производств, особо это важно на бескрайних просторах России для освещения автомагистралей и дорог»[18].  Недостатком технологии считают также ее негативное воздействие на окружающую среду по причине нарушения естественной циркуляции воздушных потоков, что приводит к климатическим изменениям (это нарушает, к примеру, траекторию путей естественной миграции птиц). Помимо этого, отмечается что крупные ветроэлектростанции являются помехой для распространения радиоволн[19].

Среди других альтернативных способов получения энергии, имеющих распространение, в том числе и в России, можно выделить использование биотоплива (технология производства которого основана на переработке древесины, отходов лесо- и деревообработки) для котельных, а также практику использования тепловых насосов для отопительных систем загородных домов. Тепловые нососы полностью удовлетворяют потребности жилища в тепле. Принцип их работы заключается в следующем: «В испарителе небольшое по температуре тепло берется из окружающей среды. Затем оно передается низкокипящему блоку насоса. Следующий этап – пар сжимается компрессором. Это приводит к его нагреву, после чего тепловая энергия из конденсатора идет в отопительную систему»[20].

Тепловые насосы, как и другие альтернативные способы получения энергии, существенно экономят расходы на электроэнергию по сравнению с централизованными системами. По прогнозам Мирового энергетического совета (World Energy Council (WEC)), к 2020г. использование тепловых насосов для отопления и горячего водоснабжения в развитых странах достигнет 75 %[21]. К недостаткам тепловых насосов относят их немалую стоимость.

Помимо вышеперечисленных, довольно широкое распространение в мире получили такие альтернативные виды энергетики, как геотермальная энергетика, водородная энергетика, биоэнергетика.

В России возможности альтернативной энергетики востребованы большей частью в небольших поселениях, как правило, не имеющих централизованных систем энергоснабжения, а, значит, зависящих от привозного топлива. А поскольку в таком положении находится больше половины территории страны, развитие альтернативной энергетики не заставило себя ждать.

Еще одним фактором развития отрасли является задача энергосбережения. Сегодня гелиоэнергетика успешно используется в Якутии, в горном Дагестане, в Московской и Белгородской областях. В Краснодарском крае появилась целая «солнечная» деревня, где на крышах каждого из 40 домов расположены солнечные батареи. Помимо этого, в крае имеют место десятки других примеров использования солнечной энергии. К примеру, построена самая крупная на Юге России солнечная котельная Центральной районной больницы Анапы. В целом же, в Краснодарском крае действуют 102 гелиоустановки.

Ветряные электростанции работают в Калининградской и Архангельской областях, Башкирии, Бурятии, Калмыкии, Краснодарском крае, на Чукотке и Коми. Возможности геотермальных источников активно осваиваются на Камчатке и Мурманской области.

Биотопливо используется в Югре (33 котельные переведены на древесное сырье – пеллеты, древесная стружка, евродрова), Вологодской, Архангельской, Тюменской областях. Показателен пример перехода на биотопливо в сельском поселении Юрьево-Девичье Конаковского района Тверской области, где муниципальная котельная полностью переведена на торфобрикеты: «В 2011 году экономия на закупках топлива составила 90 тысяч рублей, а за счет снижения на 31 процент расхода электроэнергии на дымососах - 50 тысяч. При этом образование шлака сократилось втрое, улучшилась экологическая обстановка вблизи котельной»[22].

Различные альтернативные источники энергии используются в российских экопоселениях, для которых экологическая безопасность и энергосбережение являются основополагающими принципами жизнедеятельности. Наиболее масштабно возможности альтернативной энергетики используются в экопоселке Ложок Новосибирского района Новосибирской области. Здесь «в составе инженерного оборудования – солнечные вакуумные коллекторы, солнечные фотоэлектрические панели, ветровая установка, автоматизированный блок управления электрооборудованием, электрический аккумуляторный накопитель и преобразователь, грунтовый двухконтурный тепловой аккумулятор, автоматизированная система теплового распределения, рекуперационная система вентиляции, система «теплый пол», дровяная печь медленного горения, бойлер горячего водоснабжения, система энергосберегающего освещения, электростатическая система очистки дымовых газов, теплоотражающее покрытие стекол, энергосберегающие жалюзи»[23]. В данном случае, помимо решения задач энергоэффективности и энергосбережения, имеет место идея коммерциализации разработанной системы.

«Набор» альтернативных источников энергии используется также в горах Карачаево-Черкесии на объектах специальной астрофизической обсерватории Российской Академии Наук. Здесь применяются гелиоустановки, ветровые электростанции, тепловые насосы. В итоге экономия энергоресурсов составила 30%, улучшилось энергоснабжение.

Однако в России  до сих пор (в отличие от 63 стран мира, где приняты базовые законы в области альтернативной энергетики) отрасль развивается вне правового поля. И это значительно ослабляет развитие ее потенциала. Возможно, ее движению вперед будет способствовать принятие представленной в апреле 2012 г. Министерством энергетики РФ программы «Энергоэффективность и развитие энергетики (2012-2020 годы)», включающей подпрограмму «Развитие использования ВИЭ». Среди основных мер государственного регулирования в программе обозначены субсидии из федерального бюджета, а также тарифное и налоговое регулирование[24].

Помимо отсутствия законодательной базы, медленные темпы развития альтернативной энергетики в стране эксперты объясняют целым рядом причин. Так, председатель Научного совета по нетрадиционным возобновляемым источникам энергии РАН Олег Попель отмечает, что для развития отрасли необходимы новые технологии, снижающие стоимость оборудования[25]. Ведущий эксперт УК «Финам-Менеджмент» Дмитрий Баранов полагает, что сдерживающим фактором развития отрасли является также низкий уровень ответственности и «экологического самосознания» россиян, а высокая доля альтернативной энергетики в Европе объясняется, в том числе, и отлаженным механизмом поддержки инновационных разработок на государственном уровне[26].  Свою версию отставания России от западных стран в отрасли выдвигает  заместитель директора Топливно-энергетического независимого института Сергей Ежов: «Европа является импортером энергоресурсов, в то время как мы - экспортером, поэтому для нас это направление менее актуально»[27]. Поэтому в России, по мнению эксперта, более важным направлением является энергосбережение, а не развитие нетрадиционных видов энергии.  А заместитель директора Института энергетических исследований РАН Вадим Лихачев дает свой «рецепт» развития отрасли, который заключается в привлечении, наряду с государственными субсидиями, частных инвестиций: «Если у нас, как и в Европе, будут введены экологические налоги на выбросы, тогда подобные проекты станут очень привлекательными для бизнеса»[28].

В любом случае, очевидно, что процесс распространения альтернативных технологий в энергетике будет (вследствие все более очевидной необходимости) наращивать свой потенциал.  Для развития отрасли понадобятся не только инвестиции и  дальнейшее совершенствование технологий и материалов. Важную роль сыграет понимание насущной необходимости постепенного перехода к нетрадиционной энергетике, несущей столь востребованное сегодня экологическое сознание. И тогда, возможно, сбудется пророчество выдающегося изобретателя, открывшего еще в начале ХХ в. беспроводной способ передачи энергии сразу в нескольких отраслях промышленности Николы Теслы, произнесенное им в 1919 году в ответ на неприятие своих идей: «Мой проект слишком опережал время, в которое появился. Его осуществление задержали законы природы. Мир не был готов к нему. Но те же самые законы, в конце концов, восторжествуют и обеспечат ему триумфальный успех»[29].

[1] Энергоаудит, энергосберегающие технологии и альтернативные источники энергии// http://komm-sis.ru/index.php?page=pages&id=2

[2] Энергетика сегодня и… всегда// http://ru-technics.ru/2011/01/energetika-segodnya-i-8230-vsegda/

[3] Наталья Зеленя. От тепла тепла не ищут//Энергетика и коммунальное хозяйство Республики Казастан. 2011. №3. С.55.

[4] Епифанова О.В.Оптимизация режимов работы автономных систем электроснабжения с мощными тихоходными генераторами с дизельным приводом. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. СПб, 2007.

[5] Согласно некоторым источникам, затраты на утилизацию накопившихся на российских АЭС отходов ядерной энергетики составят около 400 млрд. долл.

[6] Альтернативная энергетика//http://www.solominka-dom.ru/?p=6.

[7] Стребков Д.С. Инновационные технологии возобновляемой энергетики. Выступление 6-ой Международной энергетической неделе «Московский энергетический диалог». 25 октября 2011 г.// http://ieweek.ru/conf2011/presentations/iew-2011-MEA-Strebkov.pdf

[8] Дмитрий Стребков. Энергия и энергетика [Из выступления на Международном форуме Global Future-2045. Москва, 17 февраля 2012 г.]//http://outzone.org/dmitrij-strebkov-energiya-i-energetika/

[9] В. Германович, А. Турилин. Альтернативные источники энергии. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, земли, воды, биомассы. М., 2011.

[10] Житомирский С. Архимед// http://n-t.ru/ri/zh/ar04.htm

[11] Чумаков В. Под солнечной крышей//Вокруг света. 2006. №10.

[12] Прогноз МЭА: доля ветроэнергетики в мировом энергобалансе 60%//http://energyfuture.ru/prognoz-mea-k-2030-godu-dolya-vetroenergetiki-v-mirovom-energobalanse-60

[13] Альтернативные (возобновляемые) источники энергии//http://energysafe.ru/alternative_energy/alternative_energy/714/

[14] Ветрогенераторы. Настоящее и будущее. Разработка НИИ им. Жуковского. Патент № 13// http://www.metagame2010.ru/univer/all/page-9/

[15] Альтернативные источники энергии// http://www.mywindenergy.ru/index.php/component/content/article/1-articles/36-alternate-sources

[16] Голубчиков С. Энергетика Севера: проблемы и пути решения//Экологические системы. 2003. №7.

[17] Китай- мировой лидер ветровой энергии//http://www.facepla.net/index.php/the-news/1-latest-news/2193-wind-power-in-china

[18] Ветрогенераторы//http://www.powerinfo.ru/wind-generator.php

[19] Яворский М.И. Энергосбережение на крупных предприятиях. Томск, 2000.

[20] Условия эффективного использования и примеры работы тепловых насосов// http://www.klever.lg.ua/articles/usloviya-effektivnogo-ispolzovaniya-i-primery-raboty-teplovykh-nasosov

[21] Предложения Института теплофизики СО РАН//www.nashrf.ru

[22] Кузнецов Д. Идея в топку//«Российская газета» - Экономика Центрального округа. 2011. 2 ноября

[23] Роговая М. Альтернативная энергетика и экологическое домостроение// http://old.sibai.ru/content/view/761/891/

[24] Павлов М. Возобновляемая энергетика и устойчивое экономическое развитие. Возможности России// http://www.portal-energo.ru/articles/details/id/521

[25] Олудина Е. Все говорит в пользу альтернативной энергетики//Парламентская газета. 2010. 17 декабря.

[26] Семенов С. Российский бизнес взялся за активное развитие альтернативной энергетики// http://www.equipnet.ru/articles/gover/gover_857.html

[27] Перспективы развития нетрадиционной энергетики в России// http://www.cleandex.ru/articles/2008/10/21/alternative-energy-rosfincom

[28] Там же.

[29] Правдивцев В. Феноменальный Тесла и тунгусский феномен//Наука и религия. 2010. №3.