Энергия и цивилизация

Развитие современной ветровой энергетики началось с налоговых субсидий в США в начале 1980-х годов, и резко закончилось, когда субсидии были прекращены в 1985-м (Braun and Smith 1992). Европа стала новым лидером в 1990-х, когда несколько правительств – Дания, Великобритания, Испания, и в первую очередь Германия, в рамках программы Energiewende, – объявили политику перехода на возобновляемые источники. Издержки уменьшились, и более мощные установки (сейчас до 8 МВт, обычно 1–3 МВт) и крупные кластеры ветрогенераторов (включая расположенные в прибрежной зоне) обеспечили рост с менее чем 2 ГВт в 1990 году до 17,3 ГВт в 2000-м и 432 ГВт к концу 2015 года (Global Wind Energy Council 2015).

Фотоэлектрический эффект (генерация электричества, для которой используются металлические электроды, находящиеся под воздействием солнечного света) был открыт Эдмоном Беккерелем (1852–1908) в 1839 году, но только в 1954-м Bell Laboratories создали дорогой, низкоэффективный (сначала 4,5 %, потом 6 %) кремниевый солнечный элемент, который использовался в 1958 году, чтобы питать энергией (всего 0,1 Вт) спутник Vanguard-1. Четырьмя годами позже, в 1962-м, Telstar-1, первый коммерческий телекоммуникационный спутник, нес солнечные батареи мощностью в 14 Вт, в 1964 году спутники Nimbus могли похвастаться уже 470 Вт (Smil 2006). Применение этой технологии в космосе, где издержки не столь важны, развивалось десятилетиями, но наземное использование солнечных батарей было ограничено теми же издержками, и отрасль начала расти только в конце 1990-х. В терминах пиковой мощности (которая доступна, даже при солнечной погоде, всего несколько часов в день) фотоэлементы давали всего 50 МВт в 1990 году, 17 ГВт в 2010-м, и около 50 ГВт в 2015-м, при кумулятивном объеме 2272q ГВт (James 2015; REN21 2016).

Но этот вид генерации еще менее стабилен, чем ветровой (гарантированное время работы в более облачном климате 11–15 %, и даже в Аризоне – около 25 %), и в 2015 году солнечные батареи давали всего около 30 % от того, что получали с помощью ветряных турбин (рис. 5.16). И снова рост отрасли был не постепенным естественным процессом, его искусственно подталкивали с помощью правительственных субсидий. Ничто не показывает это лучше, чем тот факт, что в 2015 году облачная Германия производила почти в три раза больше солнечной энергии, чем солнечная Испания (ВР 2016). Нагревание воды, использование небольших домашних нагревателей на крышах и крупных промышленных установок предшествовало росту этого способа генерации. Номинальная мощность нагревателей на конец 2013 года составляла около 270 ГВт, и большей частью они находились в Китае и Европе (Maunthner and Weiss 2014). Концентрированная солнечная энергия (КСЭ), когда зеркала используются для концентрации солнечного излучения для нагрева воды (или соли) для генерации энергии, является полезной альтернативной солнечным батареям, но лишь несколько установок (общей мощностью менее чем 5 ГВт) работали в 2015 году.

По сравнению с большой четверкой (биотопливо, гидроэнергия, ветровая и солнечная), другие возобновляемые источники дают пренебрежимо малую мощность, хотя некоторые из них играют важную роль на национальном или региональном уровне, например, геотермальная энергия. Горячие источники использовали с доисторических времен, и более глубокие обеспечивают горячую воду для отопления и промышленных процессов во многих странах. Но места, где эта энергия может применяться в качестве натурального пара для производства электричества, встречаются редко. Первая геотермальная электростанция начала работать в Лардерелло (Италия) в 1902 году; Вайракей в Новой Зеландии запустили в 1958-м, и Гейзере в Калифорнии открылись в 1960 году. К 2014-му общая номинальная мощность у всех источников такого типа составляла 12 ГВт. США обладали самой высокой номинальной мощностью, а Исландия в наибольшей степени зависела от этого возобновляемого источника энергии (Geothermal Energy Association 2014).

Рисунок 5.16.

Солнечная электростанция в испанской Андалусии (Corbis)