В перспективе акцент будет сделан на тепло Земли

Катастрофа на АЭС «Фукусима-1» в марте 2011 года вызвала повышенный интерес граждан Японии к перспективам развития энергетики страны. В связи с подрывом доверия к безопасности АЭС наибольший интерес, естественно, проявляется к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ). Главный вопрос к экскурсоводам – смогут ли они заменить сокращение генерирующих мощностей атомных электростанций (АЭС).

До 1990-х годов в мире значение возобновляемых источников энергии еще не было осознано в полной мере. Лишь в июне 2009 года были подписаны документы о создании Международного агентства по возобновляемым источникам энергии.

Прохладное отношение к ВИЭ в большинстве развитых стран объясняется тем, что были и сохраняются другие, более дешевые и удобные первичные энергетические ресурсы, хотя со временем менялось соотношение в их долях в энергетических балансах и отдельных стран, и в мире в целом. В первые послевоенные годы в Японии лидировал уголь, с начала 1960-х годов его потеснила более дешевая и удобная в использовании нефть, после энергетических кризисов 1970-х годов начала бурно развиваться атомная энергетика. Она во всех программах Японии рассматривалась как основной первичный энергоресурс, который позволит «добиться полной независимости страны от импорта первичных энергоресурсов», важнейшей цели всей энергетической политики страны.

Нельзя сказать, что развитию ВИЭ в Японии ранее уделялось недостаточное внимание. Так же как и АЭС, они снижали зависимость страны от импорта первичных энергоресурсов. К развитию альтернативной углеводородам энергетики побуждали и обязательства Японии по Киотскому протоколу. Но практически все программы развития ВИЭ осуществлялись за счет государственного финансирования или при активном содействии правительства. Бизнес к вложениям в ВИЭ относился прохладно.

Наиболее перспективными в Японии рассматривались солнечные энергетические установки (СЭУ). В их разработке, производстве и использовании Япония к началу века вышла в мировые лидеры. Правда, в 2004 году по установленным мощностям СЭУ Япония уступила первенство Германии, а в 2007 году Испании. Это было расценено в Японии как вызов, и СЭУ стали внедряться с новым энтузиазмом.

В январе 2008 года премьер-министр страны, в то время Ясуо Фукуда, выступая на Всемирном экономическом форуме в Давосе, изложил концепцию развития программы «Прохладная Земля». Ясуо Фукуда, говоря о возможном вкладе своей страны в программу, назвал ряд мер и в том числе высказал, как считали, весьма амбициозную цель – увеличить общую мощности СЭУ в стране в 10 раз к 2020 году и в 40 раз к 2030 году. Уже в июле 2008 года правительство Японии представило «дорожную карту» создания «общества низких выбросов СО2». А в ноябре того же года Министерство экономики, торговли и промышленности и ряд других министерств совместно составили и огласили План действий для развития и внедрения солнечной энергетики. Именно благодаря этим мерам, как считает руководство Японской ассоциации солнечной энергетики, в 2009 году было продано СЭУ общей мощностью 480 МВт, что в 2,1 раза больше, чем в 2008 году.

В меньшей мере внимание уделялось развитию ветроэнергетики и использованию энергии тепла Земли. В целом все виды ВИЭ не могли обеспечить поставки энергии, потребные для обеспечения стабильного экономического развития страны. ВИЭ уступают АЭС и ТЭС по многим показателям – от себестоимости производства энергии до большой зависимости солнечных и ветровых установок от погодных условий и малой мощности каждого блока. Поэтому-то до катастрофы на АЭС «Фукусима-1» предпочтение отдавалось развитию атомной энергетики.

По данным справочника «Япония в таблицах и графиках. 2010/2011», установленные мощности всех электростанций в стране в 2008 году составляли 277 511 МВт, из них на ТЭС – 179 324 МВт, на ГЭС – 47 949 МВт, на АЭС – 47 935 МВт. В то время как на СЭУ – 2144 МВт, ветроэлектростанциях (ВтЭС) – 1756 МВт, геотермальных электростанциях (ГтЭС) – 536 МВт. На все виды ВИЭ приходилось немногим более 1,6% всех установленных электрогенерирующих мощностей. До марта 2011 года правительство Японии ставило целью довести поставки электроэнергии от ВИЭ до 28 000 МВт к 2020 году и 53 000 МВт к 2030 году. Это вполне реальные цифры, и, безусловно, после аварии на АЭС «Фукусима-1» они будут превышены.

Но это потребует ряда шагов со стороны правительства по поддержке развития ВИЭ. Все электростанции с использованием ВИЭ – маломощные и нестабильные при высокой себестоимости вырабатываемой энергии. Газета «Асахи» со ссылкой на вышедший в 2009 году доклад Министерства экономики и промышленности по проблемам энергетики пишет, что в 2009 году уровень использования мощностей СЭУ и ветроустановок был 12% и 20% соответственно. У геотермальных установок этот показатель около 70%. Что касается себестоимости, то в Белой книге по энергетике 2010 года говорится, что себестоимость киловатт-часа энергии АЭС была 5–6 иен, СЭУ – 49 иен, геотермальных электростанций – 8–22 иены.

Но главное – режим работы миллионов мелких генерирующих мощностей, например СЭУ, трудно учесть в каждый конкретный момент. Сложно обеспечить стабильность в сетях, а это чревато большими потерями энергии в сетях. Именно по этой причине электрогенерирующие компании весьма неохотно идут на капиталовложения в развитие СЭУ и других ВИЭ. Руководству электроэнергетических компаний, как показывает практика многих лет, было выгоднее наращивать генерирующие мощности за счет ТЭС и АЭС. Газета «Асахи» и через полгода после катастрофы на «Фукусиме-1» в редакционной статье сетовала, что правительство и электроэнергетические компании не «прикладывают усилий для развития установок небольшой мощности и организации приема от них энергии».

Катастрофа на АЭС «Фукусима-1» побудила руководство практически всех стран, в том числе и Японии, начать пересмотр энергетических программ, заставила задуматься над ускоренным развитием экологичных, безопасных ВИЭ. Пока в Японии очерчивается только общая стратегия развития ВИЭ. Профессор университета Хитоцубаси – эксперт по электроэнергетике Такэо Киккава считает, что правительство должно поставить целью увеличить долю генерируемой ВИЭ энергии до 30% к 2030 году, то есть на треть больше, чем планировалось до марта 2011 года. Для этого, полагает Киккава, необходимо активное привлечение частных компаний, содействие развитию конкуренции между ними.

Система подачи тепла земли. Фото Reuters

Считается, что если рассматривать ВИЭ как важные источники первичных энергетических ресурсов, то целесообразно рассматривать все их виды в комплексе, чтобы нивелировать недостатки отдельных видов.

Технологии использования солнечной энергии и энергии ветра уже хорошо отработаны. Дальнейшее наращивание мощностей в этой сфере предполагается за счет экстенсивного развития. Прорабатываются проекты строительства СЭУ большой мощности на пустошах, повышается внедрение СЭУ малой мощности для обеспечения бытовых нужд, подбираются районы для строительства ВтЭС.

Перспектив интенсивного развития, как считается, в Японии больше у геотермальных установок, особенно учитывая то, что Японский архипелаг расположен в зоне Тихоокеанского огненного пояса. Однако, несмотря на то, что Япония занимает третье место после США и Индонезии по ресурсам геотермальной энергии, по использованию ее в сфере электрогенерации, она только на восьмом месте. По докладу Всемирного геотермального конгресса, общая мощность ГтЭС в мире в 2010 году была примерно 11 000 МВт. Из них в США – 3093 МВт, на Филиппинах – 1904 МВт, в Индонезии – 1197 МВт и в Мексике – 958 МВт, в Японии же – всего 536 МВт.

Это весьма незначительно для «страны вулканов», как часто называют Японию. Для работы ГтЭС нужен пар высокой температуры и давления. В природе его можно получить только в ограниченных районах с разломами земной коры или повышенной вулканической деятельностью. В целом геотермальные ресурсы в Японии, по оценке финансируемого правительством исследовательского Института развития прикладной науки и технологий, оцениваются в 23 470 МВт.

Однако в связи с жесткими экологическими нормами, приходится исключить из возможных мест строительства ГтЭС такие районы, как национальные парки. Поэтому реально в настоящее время можно использовать лишь 4250 МВт геотермальной энергии, что эквивалентно мощности примерно четырех современных атомных реакторов. Кроме того, доступные для эксплуатации ресурсы геотермальной энергии по большей части расположены весьма далеко от сложившихся индустриальных районов.

Поэтому даже по весьма амбициозному «сценарию мечты», выдвигаемому Японским обществом геотермальных исследований, по которому строительство ГтЭС будет разрешено и в национальных парках, а государство отдаст предпочтение развитию геотермальной энергии, общие мощности ГтЭС к 2050 году могут составить не более 10 270 МВт, или около 10% всех электрогенерирующих мощностей страны на этот год. Но следует уточнить, что это не расчеты, а «мечты», судя по названию сценария. Пока же, по данным справочника «Япония в таблицах и графиках. 2010/2011», на ГтЭС приходится менее 0,2% из 588 млн. килолитров в пересчете на условное топливо общего потребления в стране первичных энергоресурсов.

Главное преимущество ГтЭС среди ВИЭ – стабильность. ГтЭС могут работать 24 часа в сутки практически без остановок. Очевидно, что геотермальная энергия может развиваться с целью компенсировать недостатки других ВИЭ, таких как солнечные и ветряные, считает профессор университета Кюсю Сатио Эхара. Это предусматривается при разработке проекта ГтЭС в префектуре Акита, которую намерена построить одна из компаний группы «Мицубиси». Введение в строй этой ГтЭС планируется к 2020 году.

Большие надежды возлагаются на ГтЭС следующего поколения с использованием метода бинарной генерации (binary power generation). В отличие от привычных нам ГтЭС, в которых используется пар подземных источников, в бинарных ГтЭС рабочим является пар специальных жидкостей, которые вскипают при более низких температурах, до 35–40 градусов, и уже их пар подается на турбины. Использование бинарной генерации привлекает внимание как технология, которая значительно расширяет возможности использования геотермальной энергии. В Японии с 2006 года действует бинарная ГтЭС «Хаттобару» мощностью 2 МВт.

В более отдаленной перспективе рассматривается возможность строительства ГтЭС с использованием геотермальной энергии горячих скальных пород. Это так называемая геотермальная система с подпиткой (Enhanced Geothermal System, EGS). Обычно ГтЭС действуют с использованием естественного геотермального резервуара пара и горячей воды. Принцип работы EGS основан на том, что резервуар может быть создан искусственно в горячей скальной породе глубоко под землей. Вода закачивается в него с поверхности, и это позволяет строить ГтЭС практически в любом месте.

Работы по созданию ГтЭС на основе технологии EGS были начаты в США в 1970-х годах, позднее в Японии. Но были прекращены в 1992 году в США и в 2002 году в Японии из-за ряда технических проблем. «Были большие надежды на успех, но стоимость проекта была слишком высокой», – говорит представитель Центрального исследовательского института электрэнергетики Хидэси Каиэда, который участвовал в японских работах по созданию EGS. Примечательно, что Каиэда важность этого проекта рассматривает не столько для использования внутри страны, сколько как развитие экспортного потенциала Японии, как возможность «продажи технологии EGS в другие страны». В свою очередь, газета «Асахи» считает, что «если удастся освоить эту технологию, то она, возможно, одним ударом обеспечит решение энергетической проблемы страны». Хотя, пишет газета, трудно рассчитывать, что эта «технология будет освоена к 2050 году».

В японской печати сообщается, что эксперименты по отработке технологии EGS продолжаются в Австралии, Германии и Франции. Основное внимание уделяется увеличению возврата закачиваемой воды и расширению естественных резервуаров до необходимых для практического использования размеров. Сообщается также, что при нынешней администрации Соединенные Штаты увеличили ассигнования на исследования по использованию геотермальной энергии и возобновили работы по технологии EGS. В Японии же появились венчурные компании, специализирующиеся на использовании геотермальной энергии, которые также занимаются технологиями EGS.

Однако, по оценке руководства электрогенерирующих компаний, геотермальная энергетика малодоходна, и поэтому она не включается в приоритетные направления наращивания мощностей, пишет газета «Асахи» со ссылкой на правительственного чиновника. Необходимо создавать структуру электроснабжения в стране, побуждающую конкурировать электрогенерирующие компании в сфере внедрения возобновляемых источников энергии.

Николай Петрович Тебин - старший научный сотрудник Центра исследований Японии Института Дальнего Востока РАН.

"Независимая газета" (Россия)