Солнце, воздух и вода. Где советские инженеры искали энергию

Исследование, проведенное не так давно агентством Bloomberg, показало, насколько мы недооцениваем скорость, с которой распространяется использование возобновляемых источников получения энергии. Технологии становятся все более дешевыми и совершенными, и если продолжить нынешний тренд, то к 2040 году уже 34% всего вырабатываемого на планете электричества будет приходиться на солнечные батареи и ветряные генераторы. По этому же сценарию уже с 2026 года количество выбросов углекислого газа (дающего «парниковый эффект») от сжигания ископаемого топлива начнет наконец сокращаться.

Прогноз кажется фантастическим и далеким – особенно при взгляде из России: страна очень сильно отстает от мировых лидеров зеленой энергии. И это, если разобраться, довольно странно, так как еще полвека назад мы были в авангарде движения за новую энергетику. Тогда ее еще не ценили за экологичность – скорее имела значение дешевизна.

Сила солнца

Сейчас это трудно себе представить, но до середины 1960-х годов Советский Союз был, по сути, нефтедефицитной страной. Получение электроэнергии из возобновляемых источников было объективной необходимостью – тем более что вождь мирового пролетариата Ленин и его единомышленники видели главным источником новой индустриализации чистую электрическую энергию, а не энергию пара или бензина. Принятый в 1920 году план Государственной электрификации России (ГОЭЛРО), подготовленный коллективом из двухсот ученых и инженеров, предполагал использование самых разных источников электроэнергии: речь шла и о крупных электростанциях на ископаемом топливе – торфе или угле, а также о гидроэлектростанциях, как крупных, так и локальных. Вопрос, откуда брать электроэнергию, чтобы обеспечивать ею промышленные предприятия и населенные пункты, разбросанные по территории огромной страны, побуждал поддерживать довольно экзотические инженерные исследования, которые продолжались вплоть до начала 1990-х.

Все помнят музыкальный фильм ?«Весна» со звездой советского кинематографа Любовью Орловой, ?вышедший ?на экран в 1947 году. Действие там разворачивается ?внутри некоего Института Солнца, который разрабатывал способы использования ?солнечной энергии в интересах народного хозяйства, – в те годы это ?было прогрессивно. Но футуристический институт был лишь небольшим преувеличением: в реально существовавшем Энергетическом институте им. Кржижановского в Москве действительно занимались вопросами использования солнечной энергии с целью создания солнечных печей и солнечных тепловых электростанций. Попутно разрабатывались солнечные концентраторы энергии для установок горячего водоснабжения, которые выпускались серийно.

Солнечная печь, так и названная – «Солнце», была построена в 1981 году близ Ташкента. Она оснащалась 62 зеркалами-гелиостатами, которые отправляли лучи Солнца в зеркало-накопитель, а оно уже фокусировало лучи на специальном испытательном столе. Буквально за несколько секунд в фокусе системы температура поднималась выше 3000 градусов, что позволяет изучать поведение материалов в условиях так называемого термического шока. Гелиокомплекс «Солнце» по-прежнему в строю и принадлежит Академии наук Узбекистана.

Куда печальнее судьба другого детища энергетиков – солнечной тепловой электростанции СЭС-5. Она была спроектирована по аналогичному принципу: система из 1600 солнечных гелиостатов с автоматическим механизмом слежения за Солнцем посылала лучи на вершину 99-метровой башни, где находился паровой котел. Нагретый пар поступал в турбинный зал в основании башни. Там же были емкости для аккумулирования тепла, которые могли поддерживать нормальную работу станции в течение трех-четырех часов, например в случае неожиданной облачности.

Станция была построена на востоке Крыма, ее мощность составляла 5000 КВт, что по тем временам (1985) ставило ее в ряд самых сильных солнечных станций в мире. Впрочем, крымская станция была в первую очередь экспериментальной площадкой, на которой должны были быть отработаны особенности эксплуатации станции гораздо большей мощности – свыше 300 тысяч КВт; ее планировали строить в Средней Азии. Были планы возвести подобные станции и в Восточной Сибири, где продолжительность солнечного сияния в отдельных местах не меньше, чем в Крыму или Узбекистане, и что очень важно – как раз в зимний период. Однако распад СССР и прекращение финансирования привели к тому, что СЭС-5 перестала работать и была разобрана на металлолом.

«Анемофикация России»

Гидроэнергетика в итоге заняла значительную долю в энергобалансе страны (до 20%). Но для получения гидроэнергии на равнинах нужно строить плотину (и нести соответствующие расходы), в то время как ветроэнергетика такого не требовала. Минус ветрогенераторов – они полностью зависят от силы и характера дующего ветра. Каким-то образом компенсировать этот недостаток решили профессор Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ) Владимир Ветчинкин и курский изобретатель Анатолий Уфимцев. Каждый взялся за решение проблем со своей стороны. Ветчинкин, будучи признанным авторитетом в области аэродинамики, предложил систему лопастей с переменными углами атаки, что позволяло в известных пределах сохранять скорость вращения ветряка. Уфимцев же создал систему аккумулирования механической энергии – в виде массивного маховика массой более 350 кг, который вращался в вакуумированной камере. Благодаря такой системе генератор работал стабильно даже при значительных колебаниях скорости ветра и мог обеспечить дом изобретателя и освещение на улице после наступления безветрия в течение нескольких часов.

Советское государство выделило на ветряк Уфимцева в 1923 году пять тысяч рублей, и в феврале 1931 года эта электростанция дала ток. Изобретатели считали, что в России за ветроэнергетикой большое будущее – они называли это «анемофикацией России»; ветряк Уфимцева пережил и Великую Отечественную войну, и своих создателей и сломался только в 1950-е годы.

Если разработки Уфимцева и Ветчинкина были частной инициативой (поддержанной государством), то Балаклавская ветроэлектростанция в Крыму, открытая в том же году, целиком была детищем государственного ЦАГИ. Ветряк размещался на башне конструкции инженера Шухова высотой более 20 метров и имел диаметр ротора 30 метров. Его мощность была около 100 КВт – самая мощная ВЭС в Европе на тот момент. Она давала промышленный ток в спарке с Севастопольской ТЭС и работала до 1942 года, когда была разрушена во время войны.

В серию пошли более портативные ветроагрегаты. Например, система Д-12 мощностью 15 КВт устанавливалась на полярных станциях Севморпути. Всего же было выпущено более полутора тысяч единиц таких систем, в основном для метеостанций и населенных пунктов Крайнего Севера и Дальнего Востока.

После войны серийно выпускались маломощные ветроагрегаты для дозарядки радиостанций и местного освещения. В это же время появились так называемые комбинированные ВЭС, где ветрогенераторы совмещались с дизельными установками – перспективной, например, считалась Целиноградская ВЭС, построенная в 1958 году, мощностью 400 КВт. (Станция автоматически подключала дизельные генераторы в случае падения скорости ветра.) Казалось, что перед ветроэнергетикой в СССР открываются широчайшие перспективы.

Повторение пройденного

В 1950-е годы в СССР поиск энергетического эльдорадо вызвал интерес к самым разным видам энергетики. Помимо промышленных экспериментов с атомной, солнечной и ветроэнергетикой, изучались и более экзотические источники. Так, в 1966 году на Камчатке в долине реки Паужетка была построена и запущена гидротермальная станция мощностью 5000 КВт – первая в стране и первая низкотемпературная в мире. Станции такого типа, использующие в качестве теплоносителя легкокипящие жидкости, можно было бы строить и на Северном Кавказе, и в Восточной Сибири, и даже на Украине.

В 1968 году в заливе Кислая Губа на Кольском полуострове была установлена приливная электростанция мощностью 400 КВт. И она тоже должна была стать лишь первым звеном в цепи электростанций, которые давали бы чистую и дешевую электроэнергию в отдаленные населенные пункты и базы на океанском побережье.

Однако открытие огромных запасов нефти и газа в Западной Сибири создало иллюзию, что все вопросы энергоснабжения решены. Многие проекты потеряли свое финансирование и практически остановились, пока падение цен на нефть в начале и конце 1980-х годов не отрезвило советских руководителей. Результатом переосмысления возможностей страны стала принятая в 1989 году Комплексная программа освоения нетрадиционных видов энергии, которой, правда, уже не суждено было сбыться.

Печальная судьба постигла и программу малой гидроэнергетики, но по причинам, не связанным с нефтью. Изначально идея заключалась в строительстве малых электростанций с минимальными земляными работами, иногда – на базе существовавших водяных мельниц. Их мощность могла начинаться от нескольких десятков и доходить до тысяч киловатт. Пика малая гидроэнергетика достигла в середине 1950-х годов, когда, по разным данным, на территории всего СССР действовало около 6500 таких генераторов. Однако развитие большой гидроэнергетики и особенно строительство магистральных линий электропередачи привело к тому, что в 1962 году в СССР работало уже 2665 мини- и микроГЭС, а в 1990 году их осталось лишь 55. Электричество «пришло по проводам», и возиться с местными генераторами стало просто невыгодно.

Почему так получилось?

История советского рывка в области возобновляемых источников энергии и парадоксальный отказ от достижений (а затем новый рывок и длительный период технологического застоя) может служить хорошим уроком для других стран. Равно как и стремительное погружение в середине ХХ века западных стран в пучину углеводородной зависимости, которая не преодолена до сих пор.

Немногим более ста лет назад в мире было всего несколько крупнейших производителей нефти – США, Россия, современная Индонезия, которая была голландской колонией, Австро-Венгрия и Румыния. Но уже в 1908 году открыта нефть в Иране, которую стала добывать англо-персидская компания, получившая потом название British Petroleum. В 1910 году началось бурение на нефть в Венесуэле, и в 1914 году голландская компания, ныне известная как Royal Dutch Shell, получила там первый фонтан нефти. В России же за время Гражданской войны с 1918 по 1920 год была практически полностью уничтожена нефтяная промышленность Баку, на ее восстановление потребовалось почти десять лет – только в 1929 году добыча достигла былого уровня.

Советская Россия, очевидно, отставала от развитых стран в области нефтедобычи. Несмотря на то что в 1932 году была обнаружена нефть в Башкирии, большого прогресса в ее освоении не произошло. Почему советское руководство, постоянно говоря о необходимости развивать добычу нефти как стратегический ресурс, в том числе и для нужд обороны, приоритет отдавало все же угольной отрасли, – тема многочисленных дискуссий историков.

Логика же в развитии возобновляемой энергетики была совершенно ясной – чем в большей мере можно было заменить дефицитные нефтепродукты «бесплатным» электричеством, тем больше их оставалось для нужд армии, авиации и флота и других важнейших, по мнению руководства СССР, задач.

Тем временем к началу Второй мировой войны были открыты новые месторождения нефти в Бахрейне, затем Кувейте и Саудовской Аравии. А после войны стало совершенно очевидно, что изобильная нефть – это важнейший стратегический ресурс. США купались в дешевой нефти. Припали к этому источнику и европейцы. Но все же разрушенные войной Европа и СССР не могли позволить себе разъезжать на огромных автомашинах, столь полюбившихся американцам. Строительство гидроэлектростанций, одна другой мощнее, создание первой в мире Обнинской атомной электростанции, эксперименты с солнечными, ветро-, геотермо- и приливными станциями было не столько следствием заботы об окружающей среде, сколько недостатка углеводородных ресурсов.

Парадокс, но даже после открытия в 1963 году «большой нефти» Западной Сибири еще несколько лет шла борьба с гидроэнергетиками, которые собирались построить в бассейне Оби новую ГЭС. (Нефтяники утверждали, что на территориях, которые предполагалось затопить водохранилищем, есть нефть и газ; гидроэнергетики считали, что нефть и газ рано или поздно кончатся, а гидроэлектростанция будет работать столетиями. Решение было принято в пользу «быстрых денег».) Однако в конце 1960-х и особенно после нефтяного эмбарго арабских стран в 1973 году советские партийные руководители увидели в нефти легкое решение всех громоздящихся перед экономикой СССР вопросов.

Работа с возобновляемыми источниками энергии на этом фоне уже не вдохновляла партийное руководство, которое увлеченно занималось распределением нефтяной валюты по странам, выбравшим «социалистический путь развития». На Западе же с середины 1970-х годов на фоне четырехкратного подорожания нефти началась стремительная гонка повышения эффективности использования ресурсов. В итоге Советский Союз упустил в конце 1960-х годов шанс пойти по пути развития современных технологий. Солнечные печи и тепловые электростанции, ветрогенераторные станции, гидротермальные на низкотемпературном хладагенте – все это было на мировом уровне. Мало того, тот же Волжский автозавод в течение многих лет разрабатывал электромобили.

Пагубность сидения на «нефтяной игле» понимали и сами нефтяники. Первооткрыватель сибирской нефти Салман Фарманов и бывший министр нефтяной промышленности и заместитель предсовмина Николай Байбаков в 1980-е годы настоятельно предупреждали о том, что экономика, базирующаяся на торговле нефтью, ведет страну к технологической зависимости. Однако спасать ситуацию, как показали последующие события, было поздно. Нет оснований считать, что новые поколения российских инженеров не смогут предложить ничего нового в сфере возобновляемой энергетики. Вопрос в том, что эти разработки должны быть востребованы не только на мировом рынке, но и в самой России.

Источник: m.vk.com