Перспективы немецкой энергетики

или Путешествие Олафа Шольца в Африку

Геотермия

6 мая канцлер Германии Олаф Шольц посетил геотермальную электростанцию Olkaria I мощностью в 185 МВт в Кении. Кения – развивающаяся страна с населением почти 50 млн. Есть в том же, богатом на геотермию районе, еще станции II, III и IV, Olkaria I – самая мощная в Африке. Уже сегодня в Кении 90% электроэнергии вырабатывается из возобновляемых источников, главным из которых является геотермия. Шольц неравнодушен, судя по всему, к геотермии, он и в Германии посещал строящиеся установки. Энергетический шок, испытанный Германией этой зимой, заставляет политиков идти навстречу инновациям в области энергетики, хотя в Германии пространства для маневра у них стараниями зеленых почти что нет.

Кстати, на сегодня самой мощной в мире считается геотермальная станция в Калифорнии (1534 МВт), состоящая из 24-х блоков. А в Германии работают 11 геотермальных электростанций, самая мощная из которых в Sauerlach вблизи Мюнхена имеет 80 МВт.

Геотермия в сравнении с другими видами энергетики – бедный родственник. Там, где тепло само идет из-под земли, например, в виде гейзеров в Исландии, там им понемножку и пользуются.

Между тем, независимо от геотермальных вод, чем глубже в землю, тем температура выше. В самом центре нашей планеты, на глубине 6378 км, температура расплавленного ядра составляет 6.000 C⁰, ну, и давление невероятное, 3,5 миллиона бар. Но человеку глубина дается невероятно сложнее, чем высота. Уже до конца Солнечной системы добрались, а на собственной Земле только чуть-чуть в земную кору углубились, рекорд – 12.262 м на Кольском полуострове. Каждый метр под землю дается труднее миллиона километров в космосе.

Но нас интересует подземное тепло. Оказалось, что на рекордной глубине в 12 км температура равна 215 градусов. Есть немало мест, где высокие температуры достигаются на значительно меньших глубинах, например, в Исландии, Новой Зеландии или Японии.

В центральной Европе температура растет на 3 градуса каждые 100 м глубины. На глубине в 3 км измеряли температуру 80-120 C⁰, на 5 км – 130-160 C⁰. На первый взгляд, углубляться в земную кору на километры ради сотни градусов – себе дороже. И действительно, расчеты показывают, что отопление с помощью геотермии обходится на 60-80% дороже в сравнении с отоплением газом или нефтью.

Сегодня применяют два способа использования геотермии: в одном случае просто для отопления нагретой земным теплом воды, во втором – вырабатывается электроэнергия. В первом случае вода циркулирует по трубкам, нагревается на глубине и поступает в отопительную систему зданий. Такое отопление отличается высокой стабильностью и простотой в обслуживании в течение многих лет и даже десятилетий.

Во втором варианте жидкость, состоящая из воды и антифриза, циркулирует по системе труб, проходящих через область нагрева, после чего поступает в турбину для выработки электричества.

У геотермии немало недостатков. Например, использовать подземное тепло хоть с какой-то выгодой можно только в районе бурения. А бурить землю можно далеко не везде. И район должен быть сейсмически спокойным. Ремонт, контроль, регламентные работы – сложно и дорого.

Но есть и другая сторона медали. Солнца много на экваторе, а в северных широтах – мало, в светлое время суток энергия от него поступает, а в темное– от него никакой энергии, а ведь именно в темное время суток на освещение требуется много энергии. И еще: для оптимальной выработки солнечной энергии нужно безоблачное небо,

И ветроэнергетика не без греха: ветры дуют равномерно не везде и не всегда, от ветряков страдают птицы, кое-где это превратилось в проблему, орнитологи и защитники окружающей среды протестуют.

А вот геотермия, даже в сравнении с энергией солнца и ветра, экологически почти безупречна. И, в отличие от них, не портит пейзаж, всё упрятано под землю. Она не подвержена сезонным, погодным и климатическим колебаниям.

Характерно, что сегодня к добыче подземного тепла проявляют всё больший интерес нефтегазовые компании. Казалось бы, геотермия им прямой конкурент, но, с другой стороны, именно они обладают опытом и техникой глубинного бурения, они лучше «чувствуют» глубину. И им тоже ясно, что время углеводородных ископаемых, нефти и газа, неумолимо близится к концу.

Одним из самых перспективных решений использования низкопотенциального подземного тепла в дополнение к обычной электроэнергии является применение так называемых тепловых насосов. Не вдаваясь в технические детали, отметим лишь, что они позволяют экономить до 50 % электричества.

Сенсацией самого последнего времени стала продажа производства тепловых насосов (Wärmepumpe) немецкой фирмы Viessmann в США. Там они являются хитом продаж, спрос на них непрерывно растет. Сегодня в эксплуатации находится до двух миллионов тепловых насосов, а к 2050 году число их должно достичь 28 миллионов. Америка ведь страна не столько небоскребов, сколько домов на одну семью, именно для них и предназначены тепловые насосы. И в Германии спрос на эту технику заметно растет.

А лидером применения тепловых насосов в Европе является Финляндия – 69 агрегатов на 1000 человек населения. Этот вид обогрева весьма развит и в других скандинавских странах. Вообще крупнейший тепловой насос построен недавно немецкой фирмой MAN в Дании на морском берегу, именно морская вода является источником тепловой энергии для 100 тысяч человек.

Стоимость сделки с Viessmann составляет 12 млрд долларов, производство насосов будет и дальше вестись в Германии. Намечается повсеместная замена обогрева помещений углеводородным топливом на тепловые насосы.

В Германии активно функционируют 42 глубинные геотермальные установки, еще четыре – в постройке. Проведены расчеты, согласно которым геотермия может покрыть потребность Германии в тепле на 25 %. Вероятно, так оно и есть. Больше того, я думаю, что подземное тепло может покрыть даже не 25, а все 100 процентов потребности – вопрос лишь в деньгах. Никто сегодня не способен инвестировать в подобные мега-проекты, но они, тем не менее, технически вполне осуществимы. Недаром один из геотермальных проектов в США так и называется «Heat-Under-Your-Feet» (Тепло из-под ног).

Атомная энергетика

Ни одна страна Европы не отказалась столь бесповоротно от атомной энергии как Германия.

Теперь можно полной грудью дышать чистым воздухом? В прошлом году в Германии на один киловатт-час выработанной электроэнергии проходилось 402 грамма CO₂. Много это или мало? Рекорд у Эстонии – 945 г (дровами что ли топят?), далее Польша – 750 г, у Голландии почти как у нас – 418 г., в Италии – 247, в Литве – 155, в Австрии – 114, Финляндии – 77, Франции – 67, а далее идут Норвегия (27), Швейцария (20) и Швеция (9). В среднем по ЕС – 275 грамм углекислого газа.  АЭС не выделяет углекислого газа (парникового), солнце, ветер и вода – тоже, это всё от газа и угля. И с таким гигантским выхлопом парниковых газов Германия, ведомая зелеными, делает еще один шаг ко всемирному потеплению. Можно понять тех, кто в антропогенное, по-простому, рукотворное потепление не верят. Но зеленые на эти идеи молятся, и при этом делают немало для потепления, вот как, например, с закрытием АЭС…

После некоторой отсрочки, вызванной острым энергетическим голодом, в Германии всё же закрыли последние АЭС. За это отдельное спасибо вице-канцлеру Хабеку, оказавшемуся как раз в центре скандала по протекционизму в интересах своих «зеленых» друзей, которые являются крупными (особенно по части зарплат и гонораров) специалистами по энергетическому повороту.

Мало того, Хабек даже поставил крест на исследовательских работах в области атомной энергетики, ломать – так уж ломать. Хабека и следа уже не будет, а учиняемый им разгром важнейших исследований будет десятилетиями тормозить Германию. Вспомним, запрет на генетику отбросил Советский Союз в этой области на многие десятилетия. Не так давно, перечисляя грехи канцлера Меркель перед Германией, я включил в их число и разгром атомной энергетики. Меркель давно не у власти, но ее разрушительные идеи усиленно проводятся и новым правительством, в котором преобладают социалисты и зеленые.

А между тем ... что же творится в мире за пределами Германии?

Начнем с наших европейских соседей. Голландия имеет всего одну АЭС, но ее планируют расширить, а вот Бельгия – целых семь. Швеция 30% своего тока получает от шести АЭС, и это при том, что, согласно народной воле, от атомной энергии давно должны были отказаться. К счастью для шведов – не случилось. Сейчас консервативное правительство готовит закон о возобновлении строительства АЭС. А в Финляндии строят две АЭС в дополнение к двум работающим.

И Чехия покрывает треть энергетической потребности за счет двух АЭС, и об отказе от атома нет и речи. В Словакии строят два реактора, другие страны Восточной Европы тоже не думают следовать примеру Германии. Проблемой, правда, стало то, что строителем и поставщиком техники до сих пор выступала Россия; теперь вмешалась политика. Между тем Россия успешно строит АЭС и для себя, и на экспорт, ситуация с атомной энергетикой такова, что у небогатых развивающихся стран выбор между Россией и Китаем.

В Дании опрос в августе распределил сторонников атомной энергетики и их противников в соотношении 46 к 39.

Франция после нефтяного кризиса 1973 года взяла курс на развитие атомной энергетики и за счет этого добилась полной энергетической независимости. Сегодня она является крупнейшим экспортером электроэнергии. Она располагает 56 реакторами, каждый второй в Европе – французский. Они покрывают 70% ее собственной потребности в электроэнергии. Срок службы действующих АЭС продлевается до 60 лет. Президент Макрон выступает за интенсивное строительство новых АЭС, планируется шесть новых.

В довоенной Украине работало 15 реакторов, еще два строились, часть электроэнергии экспортировалась в Европу.

Но все же Европа – не лидер атомной энергетики. Лидером по постройке и введению в строй новых АЭС является Китай: работают 55 блоков, и, несмотря на это, в 2021 году от солнца и ветра было получено вдвое больше энергии. Запланировано строительство еще 47 реакторов.

Стремительно развивается атомная энергетика Индии: в дополнение к 23-м работающим планируется еще 12.

Больше всего атомных реакторов в США, 92. Они, видимо, достигли насыщения, строительство новых почти прекращено. Доля атомной энергетики составляет в США 19 %.

Говорим Япония, и тут же вспоминается ядерная катастрофа в Фукусиме в 2011 году, именно она подтолкнула канцлера Меркель к отказу от АЭС. Япония, сделав паузу, планирует теперь новые атомные станции. Для достижения экологических целей, для нейтралитета по углю, для индустрии Японии необходимо иметь 27 АЭС до 2030 года и 40 – 2050-го.

Ее конкурент – Южная Корея, где нынешние политики возобновили приостановленное строительство двух АЭС. К 2030 году корейцы хотят производить до 30% электроэнергии на АЭС, для этого потребуется 30 реакторов, сейчас их 24.

И все-таки сейчас в мире происходит сокращение числа реакторов, пик приходился на 1970-80 годы. В 2022 году в мире было 415 функционирующих реакторов (23 из них приостановлены) и 57 реакторов в постройке. Из этого числа – 3 в Германии, сейчас они остановлены. Во Франции имеется 56 реакторов, в Китае – 53, в России – 37, Украине – 15, в Великобритании – 12, Бельгии – 7... (По расчетам Путина, Германия, ушедшая от ядерной энергетики, уходящая от угля  и лишенная русского газа, в кратчайшие сроки должна была бы прекратить поддержку Украины, просто чтобы пережить зиму. Но он в который раз просчитался). 

Около 300 реакторов в мире являются двухконтурными водяными высокого давления., а около 60 – одноконтурные на водяном пару. Конструкции большинства атомных реакторов разрабатывались в 60-70-е годы прошлого века, далее принципиальных изменений не происходило.

Но исследовательские работы не прекращаются (за исключением Германии). Наоборот, именно сейчас ученые подступают к практической реализации новых идей в атомной энергетике. 

Например, компактные модульные реакторы, которые заряжаются топливом лет на десять. Или, скажем, высокотемпературные реакторы, предназначенных для выработки водорода. Или чрезвычайно многообещающие реакторы не на уране, а на тории (Китай уже запустил один экспериментальный). Ториевые реакторы при массовом производстве будут дешевле урановых и значительно безопаснее как по возможной аварийности конструкций, так и по весьма низкой радиоактивности отходов.

Одна из самых перспективных идей – переход от воды в качестве теплоносителя к растворам солей или жидким металлам, таким, как натрий или сплав свинца и висмута. Это, в свою очередь, открывает путь к газотурбинным установкам второго контура, работающих не на водяном паре, а на горячем воздухе. Такие реакторы уже считаются реакторами 4-го поколения. Среди них выделяются так называемые реакторы на быстрых нейтронах. Они должны быть одновременно компактнее, надежнее, эффективнее.

Чуть не главная проблема АЭС – радиоактивные отходы, хотя до сих пор их удавалось надежно хранить без каких либо аварий.

Между тем находящиеся сегодня в разработке новые реакторы должны будут давать отходы со значительно более низким уровнем радиации, а их изотопный состав сделает их уже через 100 лет на 90% более безопасными, через 300 лет они вообще не будут представлять опасности. И пусть не страшат эти гигантские сроки – обычные радиоактивные отходы и через тысячу лет предельно опасны.

Так что опасность, связанная с отходами, на деле – очередная страшилка. Из отходов (обедненного урана) делают, например, бронебойные снаряды, уже применяемые с обеих сторон в Украине, и это пытались обыграть как чуть ли не ядерную войну.

Зеленые как политическое движение сформировались в Германии в конце 70-х годов именно из протестов по поводу складирования радиоактивных отходов в Горлебене в Нижней Саксонии. Отцы и даже деды сегодняшних климатических активистов ложились на рельсы перед составами с отходами, приклеивать себя, как их потомство, они не догадывались. Или клея такого 50 лет назад еще не было?

В мире по теме ядерной энергетики растут, как грибы, стартапы, стремящиеся сделать атомные станции будущего недорогими и надежными. И их обильно финансируют во имя энергетической независимости. Еще не запущены реакторы четвертого поколения, но уже предлагаются реакторы пятого. Однако возведение их в Европе, тем более в Германии, маловероятно, например изобретенный немцем Гётцем Рупрехтом (Götz Ruprecht) инновационный реактор появится ... в Африке.

Германия как государство на этом пиру технологий отсутствует. А ведь было время, когда немецкая физика (впрочем, и другие науки тоже) вызывала восхищение во всем мире, Лиза Мейтнер и Отто Ган первыми осуществили расщепление ядра урана. Для сегодняшней Лизы Мейтнер в Германии не нашлось бы места, как и тогда, в 30-40-е, но не нашлось бы просто за невостребованностью в Германии талантов.

Вопрос: мы, немцы, самые умные, самые предусмотрительные, самые осторожные или просто самые трусливые? Или мы на другой планете живем?

(Окончание следует.)

С. Мучник (Дортмунд)

Читайте также:

1. Ядерная энергетика – списывать рано! Журнал «Партнёр», № 7 / 2014. Автор С. Мучник
2. Новое правительство взялось за энергетику. Журнал «Партнёр», № 2 / 2014. «Курс консалтинг»
3. Грешный ангел. Прощаясь с Ангелой Меркель. Журнал «Партнёр», № 10 / 2021. Автор С. Мучник
4. Вечная энергия. Журнал «Партнёр», № 10 / 2014. Автор С. Мучник