Вольфганг Пальц
Триумф солнечного века. Революция возобновляемых источников
Посвящается моему покойному другу Герману Шееру, депутату Бундестага, Лауреату альтернативной Нобелевской премии (The Right Livelihood 1999)
Герою Зеленого века по версии журнала Тайм, 2002.
© Wolfgang Palz, 2018
© Pan Stanford Publishing, 2018 (english version)
© Составление, перевод: Самсонов А.Л., 2018
© Оформление: АНО «Журнал «Экология и жизнь», 2018
Перевод этой книги на русский язык посвящается также памяти замечательного физика Жореса Алферова (1930–2019), вице-президента Российской Академии Наук. В 1972 году Алферов был награжден Ленинской премией за те открытия, которые лишь в 2000-ом году были признаны как достижение, достойное Нобелевской премии. Почти тридцать лет понадобилось миру для осознания важности того, что устройства, созданные Алферовым на гетеропереходах полупроводников, дают возможность не только управления электронами в сверхбыстрых транзисторах, но и квантами света! Благодаря этому прорыву стали возможны миниатюрные твердотельные квантовые генераторы, фотоприемники и источники света. Алферову удалось создать первые полупроводниковые лазеры, проложить путь в космос новому поколению солнечных элементов и дать "путевку в жизнь" светодиодам, т. е. фактически всему тому, без чего просто немыслим современный мир. Зная о готовящемся издании этой книги, посвященной энергии Солнца, он хотел поддержать ее публикацию и написать предисловие, но не успел…
Дань Славе Солнца
Музыкальное введение
Рихард Штраус, «Восход» («Sonnenaufgang»), симфония «Так говорил Заратустра». Рекомендуем слушать в исполнении Герберта фон Караяна и Берлинского филармонического оркестра, 1984, Берлин.
«Так говорил Заратустра» – симфоническая поэма Рихарда Штрауса, написанная в 1896 году и вдохновленная философским романом Фридриха Ницше с тем же названием. Первая часть произведения называется «Введение, или Восход». Музыка из поэмы использовалась в саундтреке популярного фантастического фильма Стэнли Кубрика «Космическая одиссея 2001 года».
Игорь Стравинский, «Жар-птица». Слушать в исполнении Пьера Булеза (Pierre Boulez) и парижского оркестра (Orchester de Paris), 2009, Париж.
«Жар-птица» – одноактный балет, написанный по заказу Сергея Дягилева для его антрепризы. Первое представление прошло 25 июня 1910 года в рамках знаменитых «Русских сезонов» в Париже. Постановка и хореография были выполнены Михаилом Фокином по сценарию Александра Бенуа на основе сюжетов русских сказок о Жар-птице.
Людвиг ван Бетховен, соната № 21. Слушать в исполнении Эмиля Гилельса, фортепиано, 1971, Оссиах.
Фортепианная соната Бетховена № 21 до мажор посвящена другу композитора Вальдштейну, откуда ее первое название «Вальдштейновская соната» («Waldstein»). Второе название на итальянском звучит как «L’Aurora» («Заря»), а третье, на английском – «The Dawn» («Рассвет»). Звучание начальных аккордов третьей части сонаты вызывает в воображении различные образы рассвета – от предрассветных сумерек и первой зари до полного восхода Солнца.
Никколо Паганини, «Ла Кампанелла». Слушать в исполнении Клары Джуми Кан, скрипка, 2015, Санкт-Петербург.
Концерт для скрипки № 2 си-бемоль минор, опус 7, сочиненный Никколо Паганини в Италии в 1826 году. В нем Паганини сдерживает демонстрацию виртуозности в пользу большей индивидуальности в мелодическом стиле. Концерт обязан своим названием «Ла Кампанелла» и прозвищем «La Clochette» колокольчикам, которым Паганини предписал отбивку повторов в музыкальной форме рондо (звучание колокольчиков легко услышать в оркестре, сопровождающем исполнение Сальватора Альвареса, но можно заставить и скрипку рассыпаться колокольчиками, звенящими в исполнении Леонида Когана).
Вольфганг Амадей Моцарт, концерт для фортепиано с оркестром № 23. Рекомендуем слушать в исполнении Армена Манасяна, фортепиано, 2013, Москва.
Концерт № 23 ля мажор закончен Моцартом, согласно составленному им самим каталогу, 2 марта 1786 года, за два месяца до премьеры его оперы «Женитьба Фигаро».
Это был один из трех подписных концертов, которые были даны той весной и, вероятно, сам Моцарт играл в одном из них.
Иоганн Брамс. Фортепианный квинтет, опус. 34. Рекомендуется слушать в исполнении квартета Симон и Лонел Стреба, 2014, Париж. Квинтет в фа-миноре был завершен Брамсом летом 1864 года и опубликован в 1865 году. Посвящен принцессе Анне Гессенской. Это произведение Брамса часто называют короной его камерной музыки.
Выбор музыки для этой книги любезно предоставлен Арменом Манасяном, представляющим международную ассоциацию
Примечание: существует электронная версия книги, в которой предусмотрена возможность прослушивать музыкальные произведения. Она снабжена также множеством интернет-ссылок, позволяющих разъяснить сложные вопросы и получить дополнительнную информацию. Эта версия издания книги распространяется через редакцию журнала "Экология и жизнь". Для тех, кто уже купил книгу в интернет-магазинах, редакция вышлет полную версию бесплатно при предьявлении чека о покупке книги.
Для заказа и получения полной версии издания пишите в редакцию по эл. почте ecolife21@gmail.com
Предисловие автора
После смены веков в 2000 году, мир покатился назад, судя по целой череде событий, ведущих в прошлое, навстречу старым ошибкам – к глобальным загрязнениям и страданиям, которые они влекут за собой, когда климат выходит из-под контроля, а угроза ядерной войны сохраняется – все это в результате безудержного и неустойчивого использования ископаемых и атомных ресурсов. Не все, возможно, осознали это, но с начала XXI века, мы – те, кто видел этот неправильный поворот мира, решительно занялись возвращением на пути к жизни в гармонии с природой, с Солнцем. Эта книга не об экологических мечтах и желании задуматься о лучшем мире. Это просто отчет о том, что произошло, в фактах и цифрах. Идя определенно сейчас по пути Солнца и зная о его преимуществах, в выигрыше остается каждый из нас, а не только климат. Благодаря инновациям и массовому производству, энергия, получаемая от Солнца, теперь превосходит все традиционные источники собственными силами: так работает социальная экономика. В нашем новом, сегодняшнем мире солнечная энергия уже стала дешевле обычных, традиционных источников. Появилась новая экономика, быстро развивающаяся и устойчивая, которая создает миллионы новых рабочих мест для всех.
Книга начинается с основ и обсуждает ключевую роль Солнца для природы и нашей жизни. В ней рассказано, как фундамент более чистого мира был заложен в начале нового века, и подробно описываются усилия людей, которые внесли вклад в эти изменения, а также круг идей, в котором эти усилия прилагались, и ключевые инновации, достигшие успеха.
Книга посвящена ключевой фигуре, которая возглавила эти перемены, направленные на изменение мира, его улучшение и движение по солнечном пути: покойному Герману Шееру.
Автор, Вольфганг Пальц, является независимым экспертом по вопросам энергетики и экономики. В книге содержится краткое изложение его взглядов на глобальную солнечную революцию, в которой есть и его вклад – он был непосредственным участником описываемых событий. С огромным удовлетворением автор повествует в книге о том, что в конечном итоге стремления и труд множества пионеров солнечной идеи увенчались успехом.
Пролог I:
Прозрение будущего из 1970-х
Уголь и ядерная энергетика, достигли расцвета во второй половине прошлого века, став традиционными источниками энергии. После шокового роста нефтяных цен в 1973 году промышленно развитые страны начали ориентироваться на обеспечение энергетической независимости. В результате сотни атомных электростанций были созданы за рекордное время.
Однако солнечное электричество и энергия ветра имели своих приверженцев, опирающихся на давние европейские традиции получения энергии из возобновляемых источников.
Первичный интерес был проявлен администрацией Соединенных Штатов. Президент Картер сделал тогда все от него зависящее, чтобы поддержать новые солнечные технологии, но тщетно. В то время как сотни гигаватт новой атомной энергии были установлены по всему миру, солнечная фотоэлектрическая энергия в лучшем случае сводилась к нескольким мегаваттам. Нам объясняли, что это «слишком дорого».
В 1977–1978 годах я опубликовал при поддержке бюро ЮНЕСКО в Париже книгу «Солнечное электричество: экономический подход к солнечной энергии». Этот труд был направлен на то, чтобы обобщить понимание и сформировать рабочий настрой экспертов по солнечной энергии в Европе и США. Администрация США провела к тому времени множество исследований. Например, силами MIT Energy Lab в 1975 году был подготовлен отчет по проекту «Независимость»: обозрение энергетических потребностей США до 1985 года («Project Independence report: a review of US energy needs up to 1985»), где были подробно рассмотрены перспективы возобновляемых источников энергии для обеспечения энергетической независимости США. Но доклад был для узкого круга и не стал достоянием широкой общественности. Поэтому та книга, которую я опубликовал при поддержке ЮНЕСКО на английском и ряде других языков, стали для многих первой встречей с солнечной энергией.
Обложка книги Вольфганга Пальца «Солнечное электричество: экономический подход к солнечной энергии. Видение будущего», 1977.
Процитирую ряд идей, опубликованных уже в той книге, которые вполне подтвердились в будущем в ходе реализации практических проектов.
«Существует только один способ уменьшить различные типы загрязнений, связанные с крупномасштабным потреблением энергии человечеством, – это прямое преобразование энергии, которая формирует климат Земли. Солнечное излучение можно преобразовать в полезную энергию без термических потерь и химических загрязнений».
«При рассмотрении всех возможных способов преобразования излучения Солнца в полезную энергию в центре внимания оказались методы прямого преобразования света в электричество с помощью солнечных элементов».
«Каждая страна имеет потенциал возобновляемой энергии Солнца намного больший, чем ей когда-либо может понадобиться. Солнечная энергия для любой страны является внутренним ресурсом, способным стать стратегическим резервом».
«Развитие приложений солнечной энергетики не означает начало нового экономического мира. Напротив, новые энергетические системы должны сначала завоевать свое место на общем энергетическом рынке, они должны быть конкурентоспособными с нефтью, углем или ядерной энергией, по причине ли истощения обычных ресурсов, термического или химического загрязнения природы и окружающей среды, желания большей независимости от иностранных поставщиков или просто для снижения стоимости».
«Технические и экономические проблемы, связанные с полномасштабным использованием солнечной энергии, решены, фундамент развития заложен».
«Оценка крупномасштабного потенциала солнечной энергии в будущем говорит о том, что высокая стоимость солнечных элементов отнюдь не неизбежна – необходимого масштабного сокращения производственных издержек до уровня рентабельности центральных электростанций можно ожидать в ближайшие 10–15 лет за счет эффектов «экономии от масштаба», а также «прогресса за счет индустриализации».
«В 1975 году существовали только космические применения фотоэлектрических преобразователей, тогда как весь объем рынка наземных применений составлял не более 100 кВт; при этом годовая скорость установки традиционных мощностей достигала сотен мегаватт. Однако крупномасштабный проект производства солнечных преобразователей в объеме 10 ГВт позволит прийти к стоимости «солнечного» ватта в интервале 0,20–0,50 долл. Совокупный эффект, достигаемый на росте объемов производства, опирается на так называемую «кривую опыта».
«Интеграция солнечной энергетики в сетевую энергосистему сопровождается теми же проблемам, которые не дают покоя обычным электростанциям, не умеющим работать иначе, как в режиме генерации энергии. Преодоления этого коренного недостатка связано с введением в энергосистему недостающего звена – устройства накопления энергии».
«Эффективность преобразования энергии для устройств прямой генерации, использующих дешевые солнечные элементы, не зависит от уровня конечной мощности батареи – они могут исправно производить как ватты, так и киловатты. Таким образом, можно создавать генераторы для частных домов и деревенских общин, торговых центров и промышленных предприятий, для целей сельскохозяйственной переработки и фермерских хозяйств; все они обладают таким же КПД, что и крупные солнечные электростанции».
«Солнечные генераторы, установленные рядом с потребителями, обладают рядом привлекательных черт, позволяющих избегать сетевых затрат на передачу энергии по проводам, а при установке на крышах или других расположенных поблизости несущих поверхностях жилой застройки исключают затраты на приобретение земли, подготовку и обслуживание участка».
«Массив солнечных панелей площадью 45 м² поместился бы на крыше большинства семейных домов в США. Если для накопления энергии используется свинцово-кислотная батарея мощностью около 200 кВт·ч, то накопитель займет всего лишь каморку объемом 4 м³ (1×2×2). Однако подобная система придаст полную автономию любому дому».
Пролог II:
От триумфа железа к триумфу Солнца
Триумф железа
Всемирная выставка, проходившая в Париже в 1889 году, представила миру стальные конструкции Эйфелевой башни («временно» возведенной как вход на эту выставку), железобетонные и цельнометаллические здания-ангары, а также корпуса только появившихся тогда автомобилей как триумф новых конструкционных материалов на основе железа. Фактически именно тогда началось то повсеместное использование сплавов железа, которое мы продолжаем наблюдать до сих пор. Но первые автомобили того времени только еще выезжали на дороги Германии, в то время как несколькими годами раньше уже заработали первые электростанции в Англии и США, запущенные Томасом Эдисоном. Кстати, благодаря участию Эдисона в той Всемирной выставке Париж был объявлен городом света. Можно ли представить себе современный мир без электричества и без автомобилей? Переломным моментом на пути к этому и стал 1889 год, оказавшийся преддверием энергетически ненасытного XX века.
Начавшийся взрывной рост электроснабжения предопределил огромный рост потребности в угле, необходимого для питания сотен новых электростанций, но вместе с тем давшего начало масштабному загрязнению окружающей среды. Деградация продолжилась во время энергетического кризиса 1970-х годов, когда атомные электростанции получили прямые льготы от политиков, которые продвигали тогда атомную энергетику, обещая, что это будет «неограниченная энергия и почти бесплатно». В результате всего за 30 лет 400 атомных станций (АЭС) были построены до конца века. Когда оглядываешься назад, это представляется всеобщим наваждением.