Широкое развитие ветроэнергетики сдерживается рядом факторов

Другие ученые ищут выход из создавшейся экологической проблемы и предлагают своим правительствам проекты, которые могут спасти мир от грядущей гибели. С одним из них, ярким и известным  в Казахстане ученым, д.т.н., академиком КазНАЕН, инженером-изобретателем Токтамысом Мендебаевым встретился наш корреспондент и попросил его ответить на ряд вопросов.

ЛИТЕР-Неделя: Большинство казахстанцев считают свою страну сырьевой базой, которой заправляют представители других стран. Сырье  вывозится на переработку за границу. Это прежде всего нефть, газ, уголь, цветные металлы и так далее, а при их добыче производственники разрушают то, что сотни миллионов лет создавала  матушка-природа. Почему мы, Токтамыс Нусипкулович, не можем отказаться от этой расточительной и порочной для нашей флоры и фауны практики?

Т.М: Действительно, в повседневной  жизни мы забываем, что человек – часть природы, или, если хотите, биологический вид ее биосферы. Все ресурсы жизни – воду, пищу, значительную долю энергии – мы получаем из нее. Мир человека, окружающая среда, Земля и ее недра неразделимы. В жизни невозможно обойти законы природы, а потому их нужно уважать и умело использовать. Вопрос, всегда ли такая живая связь с природой осознается человеческим обществом, не имеет полноценного ответа и останется для общества лишь временным постулатом. Ускорение научно-технического прогресса с середины прошлого века сопровождается неуклонным ростом техногенной нагрузки на биосферу, недра Земли. На данный момент человечество в ходе своего вмешательства в природу уничтожило около 70% естественных  экологических систем. Последствия же не всегда разумной или неосознанной деятельности человека лишь усиливают рост искусственной среды, что приводит к разрушению среды естественной. И, по мрачным прогнозам ученых, при сохранении существующих тенденций научно-технического  развития и темпов прогресса экономики глобальная катастрофа может произойти уже в первой половине XXI века. Ее предвестники уже кружат над нами: это нехватка пресной воды, дорогая и устаревшая энергетическая отрасль, загрязненный воздух и продукты питания, увеличение онкологических, сердечных заболеваний, появление новых неизлечимых видов болезней, несовместимых с человеческой жизнью.

ЛИТЕР-Неделя: Значит, необходимо рационально пользоваться дарами природы и не доводить ее до бунта. Интересно, какие действия предпринимают члены Организации Объединенных Наций для предотвращения экологической катастрофы?

Т.М: Да, наша экономика сырьевая, и, конечно, мы давно не удивляемся, почему промышленными и бытовыми отходами загрязнены все  искусственные и подземные водоемы, реки, озера, моря, почему в отдельных районах и в крупных городах содержание вредных веществ в воздухе в несколько раз превышает предельно допустимые санитарные нормы. В силе действующие рекомендации ООН, которые выдвигают на передний план мероприятия по снижению степени влияния техногенной нагрузки на биосферу. Согласно рекомендациям, каждая страна обязана строго придерживаться политики рационального природопользования, закрепленной в разделах международного права и законодательствах отдельных государств. Ее суть состоит в личной ответственности каждого мыслящего человека перед потомками за состояние биологической среды, в которой он находится, нацеленности на многоцелевое использование природных ресурсов, ориентации на особенности конкретного региона. Надо заметить, что рациональное природопользование особенно актуально и реализуемо в нашей стране.

ЛИТЕР-Неделя: Инженерами созданы разнообразные энергетические системы. Практически вся энергетическая промышленность вырабатывает тепло, которое идет на добычу сырья. Понятно, что тепло не исчезает, а растворяется в земной атмосфере, постепенно повышает ее температуру. Ученые же доказывают, что повышение температуры в атмосфере на какие-то 2–3 градуса приведет  к изменению климата на всей планете и к исчезновению человечества. Есть ли у человека защита в виде чисто экологических энергий?

Т.М: Наша страна, располагая огромной по площади территорией  на душу населения, разнообразными природно-климатическими условиями и неиспользованными, практически безграничными природными ресурсами,  способна решить ставшую общемировой проблему рационального  природопользования на принципиально новой идейной основе. Идея содержит решение ключевых проблем экологии и экономики посредством использования достижений собственной науки, базисных изобретений, способных внести кардинальные изменения в жизнь целой страны.

Начну с проблем безопасной энергетики. Мир интенсивно ищет новые источники энергии, безотходной, возобновляемой, безопасно употребляемой с наименьшими  затратами и минимальным воздействием на окружающую среду, недра Земли. Это и понятно. Век углеводородной энергетики идет к закату. По долгосрочным прогнозам мировых аналитических центров, выгодно извлекаемые запасы нефти на земном шаре исчезнут к 2030 году, газа – к 2045-му и угля – к 2065 году. Таким образом, конкурентоспособная экономика на углеводородной энергетике станет несостоятельной после 2030 года даже без учета нарастающих проблем экологии.

Следовательно, решение проблем безопасной энергетики и экологии на постоянной  основе ученые многих страны рассматривают через призму  развития возобновляемых источников энергии ветра, солнца, геотермальной энергии и при сжигании биологических отходов. По данным Всемирной организации интеллектуальной собственности (ВОИС), наиболее значимой энергией среди них считается ветер. Технический возможный потенциал последнего оценивается в 1,8 трлн кВт/час, что в 1,4 раза превышает производство электрической энергии на основе всех видов органического топлива.

ЛИТЕР-Неделя: Значит, ВОИС делает ставку на будущее развитие ветроэнергетики?

Т.М: Совершенно верно, но широкое развитие ветроэнергетики сдерживается рядом факторов. Это рассеянность энергии ветра и его непостоянство по времени, силе и направлению, откуда возникают неравномерность выработки  энергии и низкий КПД, необходимость  использования аккумулирующих  станций с небольшим сроком службы, низкая надежность механических систем и высокая стоимость энергии. Конструкции ветроэлектростанций, предлагаемых сегодня казахстанскому рынку, на 99% собраны из зарубежных деталей, а потому не выдерживают  конкуренции по сроку службы и стоимости энергии с другими нашими электростанциями, включая даже бензиновые агрегаты.

Что же касается традиционных лопастных и колесных ветроэлектростанций, то в них не реализуется  главное природное преимущество ветра, вырабатывающего энергию, при котором мощность  пропорциональна скорости ветра в кубе, что особенно важно для нашей страны и что пока  отсутствует. Вероятно, эта проблема подтолкнула такие страны, как США, Дания, Великобритания  и Нидерланды, заниматься совершенно новым направлением ветроэнергетики – трубопроводно-турбинным, попутно устраняя  вышеперечисленные негативные факторы сдерживания перспективного изобретения.

ЛИТЕР-Неделя: Расскажите подробнее о технической стороне трубопроводно-турбинного проекта. Насколько он грандиозен?

Т.М: Особенности нового направления ветроэнергетики – создание  управляемого, постоянного потока ветра, сжатого в полости трубопровода, где последовательно размещены малогабаритные мощные турбинные генераторы, преобразующие  потенциальную мощность направленного потока ветра в электрический ток в замкнутом пространстве. Из источников зарубежной информации, научные исследования и технические разработки в области трубопроводной ветроэнергетики направлены на решение главной задачи – повышение скорости движения ветра в трубопроводе. Конструкторы предлагают создавать трубопроводы с переменным поперечным сечением, окрашивая их в темный теплопоглощающий цвет, нагревающий воздух внутри и создающий восходящий  поток, вращающий турбину. По их расчетам, при скорости ветра  15–18 м/сек. энергия на каждом погонном метре трубопровода должна составлять  1,5–2,0 кВт/час.

Однако, на наш взгляд, главным условием успешного развития трубопроводной ветроэнергетики  является исходная точка природной среды образования ветра. В природе воздушная  масса приходит в движение вдоль водных трасс в силу разности температур поверхности воды и береговой почвы, усиленная эффектом  аэродинамической трубки, характерной для пойм и русел реки. Данное условие, вытекающее из закономерностей природы, может стать ориентиром выбора речных русел  в качестве объекта  для изучения и развития трубопроводной ветроэнергетики в Казахстане. В зарубежных источниках нет информации о поставленной где-либо в мире подобной задаче.

ЛИТЕР-Неделя: Что изучается попутно с идеей, связанной с теоретическими и практическими установками,  направленными на развитие трубопроводной ветроэнергетики нашей страны?

Т.М: Выбор русла конкретной реки обусловлен тем, что в будущем нехватка энергии особенно будет ощутима в густонаселенном южном регионе, где, кроме геотермальных месторождений, запасы других видов ископаемых источников энергии незначительны. Для изучения аэродинамической ситуации и ведения научных изысканий по выявлению природных закономерностей ветрообразования в зависимости от характеристик реки, включая конфигурацию ее русла и поймы, проведение экспериментов по усилению скорости и  силы потока ветра в трубопроводе может быть выбрано русло наиболее полноводной реки Сырдарьи от города Шардара до города Казалинск. В этом промежутке вдоль русла реки расположены практически все населенные пункты Кызылординской области, частично Южно-Казахстанской. Протяженность реки Сырдарьи по нашей территории составляет 1400 км. Река питается преимущественно  снежными осадками и в меньшей мере  ледниками и дождями.

В этих условиях успешное решение задач по развитию трубопроводной ветроэнергетики во многом зависит от системности и достоверности результатов метеорологических наблюдений, температуры почвы и воды, уровня и скорости течения реки, замеряемых в пунктах наблюдений в круглосуточном режиме. Безоговорочное преимущество трубопроводной ветроэнергетики заключается не только в использовании сжатого потока ветра неограниченной скорости, но и в том, что обеспечивается получение энергии без разрушительного внедрения и воздействия на окружающую среду и недра, без прямого использования водной массы речного потока.

Попробуем, в приближенном виде на цифрах, показать, какое  социально-экономическое значение могут иметь сооружения линии трубопроводной ветроэнергетики  на участке Шардары – Казалинск  по руслу реки Сырдарьи. Протяженность линии – порядка 1000 км. По расчетам, в трубопроводе с внутренним диаметром 1100 мм при скорости ветра 25 м/сек. возможный съем электрического тока с каждого погонного метра – 2,5–3,0 кВт/час. Экспериментально установлено, что несложными в исполнении технологическими приемами вполне можно добиться скорости направленного потока ветра в трубопроводе 30 м/сек. и выше.

Тогда, даже если  принимать во внимание самые низкие значения скорости ветра и съема энергии, энергетическая мощность трубопроводной линии в указанном промежутке составит 2500 МВт. Для сравнения: суммарная установленная мощность всех электростанций Казахстана – 19 000 МВт, проектная мощность строящейся Мойнакской  ГЭС на реке Шарын – 300 МВт, а мощность вызвавшей общественный протест возможной в будущем атомной электростанции на берегу озера Балхаш – 1900 МВт.

ЛИТЕР-Неделя: Стоит ли огород городить, когда по всему Казахстану летают необузданные пока экологически чистые потоки ветра? Какова стоимость этой энергии?

Т.М: Расчетная себестоимость энергии трубопроводной линии – 0,5–0,7 тенге за кВт/час, тогда как, по оценкам экспертов, себестоимость энергии на наших угольных ТЭС – 5,12 тенге за кВт/час. Есть также еще один весомый позитив трубопроводной ветроэнергетики, при котором отпадает необходимость строительства протяженных линий электропередачи (ЛЭП) с промежуточными подстанциями, на которых допускаются  заметные потери энергии. Так, по заявлению энергетической службы страны, большинство ЛЭП построено еще в 60–70-е годы прошлого века, их износ составляет 75%. Распределение и передача энергии по ним сопровождаются  потерями до 21,5%, а на сельских линиях типичный уровень потерь составляет 25–50%. При таких размерах потери  и степени изношенности энергосети экономика Казахстана вряд ли имеет возможность для развития.

Существуют и другие потери. В общем энергобалансе около 72% электроэнергии в Казахстане вырабатывается из угля, который является основным источником загрязнения природной среды как наших, так и чужих территорий. Экибастузская ГРЭС сжигает бурый уголь с высоким, более 30%, содержанием очень вредных ядовитых минеральных веществ. Шлейф от выбросов продуктов сгорания покрывает весь северо-восток Казахстана, часть Сибири и Монголию. В любой момент возможны претензии если не со стороны России, то от Монголии наверняка.

Территория Казахстана разделена на восемь водохозяйственных бассейнов: Арало-Сырдарь-инский, Балхаш-Алакольский, Иртышский, Урало-Каспийский, Ишимский, Нура-Сарысуйский, Шу-Таласский и Тобыл-Тургайский. Все эти бассейны со своими протоками являются идеальной природной средой для развития сети трубопроводной ветроэнергетики, которая может производить энергию, вечную по времени, дешевую по стоимости, безотходную и безопасную в потреблении.

ЛИТЕР-Неделя: Действительно, эта трубопроводная энергетика настолько перспективна и экономически целесообразна для всего человеческого мира, что могла бы произвести в нем прогрессивные изменения, а главное – очистила бы страны от химической грязи. Но сейчас мы живем в век приватизаций и буйного потребления. И потому, на мой взгляд, мировые властители легко приобретенных капиталов считают, что народу Казахстана еще не пришла пора пользоваться дешевой электроэнергией. Хотя, думается, воплощение проектов с трубопроводной энергетикой уже не за горами. Расскажите о  другом виде возобновляемой энергетики – геотермальных источниках. Как и где они используются?

Т.М: Существует два основных способа использования геотермальной энергии: прямое использование тепла и производство электроэнергии. Первый способ очень распространен. Например, в США, Исландии, Дании, Японии и Нидерландах уже давно используют  для теплоснабжения населения геотермальные воды с температурой 30–400 С.

Что касается Казахстана, то его геологические запасы термальной воды до глубины 3000 метров от верхнего уровня Земли на порядок больше суммарных запасов нефти и газа страны вместе взятых. Если расширить зону поиска и углубить разведочные работы до глубины 4000–4500 метров, то запасы могут удвоиться, а то и  утроиться. В прилегающих к г. Алматы районах на глубине 650–2600 метров залегает Алматинский  артезианский бассейн с напорной термальной водой температурой от 450 до 840 С на устье скважин. Естественные запасы низкоминерализованных горячих вод – 106,5 млрд м3. В черте города и близко к ней имеются восемь самоизливающихся  термальных скважин.

Естественно, что технически ничто не мешает алматинцам подключить их к теплотрассе г. Алматы хотя бы для подпитки. Затраты мизерные. При этом часть отработанной воды из теплосети можно обратно сбросить в недра для подогрева, создавая таким образом замкнутый циркуляционный цикл.

Социально-экономическая, экологическая выгода предлагаемой перестройки теплосети г. Алматы сомнений не вызывает. При этом  сохранятся объемы подготовленных для  сжигания угля, газа на ТЭЦ, уменьшатся вредные выбросы отходов в воздух, существенно снижается себестоимость электрического тока, тепла и горячей воды. Разве такая сырьевая экономия не принесет облегчения  алматинцам, которых постоянно возмущают растущие тарифы на коммунальные расходы, проезд на транспорте и прочие наценки, сдерживающие потребление необходимых для жизни товаров?

В общем, кроме Алматинского артезианского бассейна, наиболее перспективными для теплоснабжения являются геотермальные источники Жаркентского, Арысского, Келесского и Кызылкумского артезианских бассейнов с невысокой минерализацией, обычно до 3–5 г/л. В них температура воды на выходе из скважины выше 50–600 С, а в отдельных случаях достигает 90–1000 С. По запасам и теплоэнергетическим характеристикам они способны эффективно решить проблему теплоснабжения ряда городов и крупных населенных пунктов Южного Казахстана.

ЛИТЕР-Неделя: Каков ваш принцип по отношению к природе, не пришла ли пора разумных ограничений и поправок между ней и людьми?

Т.М: Мой принцип гласит: жить в согласии с природой. Это означает беречь воздух, почву, недра, поверхностные и подземные воды. Поэтому я считаю необходимым в корне изменить существующий порядок в недропользовании, пересмотреть способы разведки и добычи полезных ископаемых, применяемые средства. Считаю, что надо отходить от шахтных и карьерных способов отработки месторождений, так как первые уничтожают  систему подземных вод на 75%, вторые же – на все 100%. Я против образования на поверхности Земли  горных терриконов,  пустых пород с повышенным радиационным фоном.

Что же нам необходимо, чтобы не совершать подобных ошибок в будущем? Начнем работать последовательно. Из недр Земли скважинами нужно избирательно извлечь только то, что нужно, не  затрагивая даже околорудный массив. После  отработки обязательно заполнить образовавшиеся пустоты материалом, совместимым с горной средой. Каждая горная выработка, скважина – это рана на теле Земли. Поэтому при разработке месторождений подземных вод следует использовать метод многоствольного бурения, и по нему вместо 7–8 скважин достаточно бурить одну вертикальную скважину с боковыми стволами по простиранию водоносных пластов.

Нам нельзя принимать на веру заявления промышленных компаний, ведущих бурение скважин на шельфе казахстанского сектора Каспийского моря, что ни одна капля бурового раствора, содержащая токсичные вещества, не попадает в воду. Они просто лукавят, так как в процессе углубления скважин неизбежно происходит поглощение бурового раствора, порой полного, и вредные элементы, отравляющие акваторию моря, прямиком попадают в воду. Почему нет постоянного контроля над содержанием бурового раствора? Горнякам следует незамедлительно прекратить губительную практику применения серной кислоты для добычи урановых руд, которые залегают в водоносных горизонтах. Иначе навсегда будут потеряны и заражены источники месторождений подземных вод южного региона.

Попробовали бы, к примеру, австралийские разработчики, занимающиеся извлечением  урановой руды, предложить серную кислоту для ее добычи на территории собственной страны. Австралийцы приняли бы их за людей, имеющих серьезные проблемы с головой, уже хотя бы потому, что строительство атомных электростанций в Австралии запрещено законом. Австралийцы надежно берегут среду жизнеобеспечения  и проявляют подлинную заботу о безопасности будущего поколения.

В Казахстане необходимо ограничивать забор воды из рек и водоемов для орошения сельхоз-угодий, где 75% воды впустую теряется в арыках. Куда проще переходить на потребление подземных вод, извлекаемых из скважин, пробуренных на площади полива. Тогда и вода без потерь, увлажнив почву, уходит обратно в естественную среду. В целях водосбережения необходимо отходить от практики сооружения на реках больших и малых ГЭС с водозадерживающими плотинами, где в искусственно созданных водоемах (народ в шутку называет сии заливы рукотворными морями) происходят потери воды из-за ее испарения, засоления и заболачивания  почвы, подъема уровня грязных грунтовых вод, уничтожения планктона.

Пусть же и этот  вид энергетики для нас останется в прошлом, потому что воды на нашей Земле было бы намного больше, чем сейчас. Нам также нельзя менять естественные русла рек, строить шлюзы и каналы, рассчитанные на временное использование. Одним словом, необходимо оставить реки в своих начальных берегах и в покое. Казахстан имеет массу возможностей перейти к детальной разработке проектов, а затем и устройству систем трубопроводной ветроэнергетики.

Видимо, это и есть единственная возможность продолжения жизни человека на Земле, так воспользуемся ею хотя бы на своей территории.

Беседовал Сергей ТОРОПКИН,  Алматы