«В тот вечер ветер дул из пустыни, – сказал он. – Это был один из тех жарких, сухих ветров санта-ана, которые спускаются с горных перевалов и заставляют вас напрячься. Когда дует санта-ана, может произойти все что угодно»1.
Но ни вымышленному детективу Филипу Марлоу, ни его создателю, писателю Рэймонду Чендлеру, наверное, и в голову не приходило, что калифорнийские ветра могут способствовать появлению глобальной индустрии.
Сильные ветра штата стали ключевым фактором быстрого превращения ветра в самый крупный и самый быстрорастущий источник возобновляемой энергии в мире. В США доля ветровой энергии за 10 лет выросла в 10 раз. В Германии на ветровую энергию приходится около 60 % мощностей, использующих возобновляемые источники энергии, которые были созданы за последнее десятилетие.
Хотя ветроэнергетика стала крупным бизнесом, ее доля пока еще невелика – на нее приходится всего 3 % электроэнергии, производимой в США. Она также более затратна, чем газовые и угольные электрогенерирующие мощности, правда, ее стоимость постепенно снижается.
Но надежды на расширение использования ветра очень велики. Министерство энергетики США, например, поставило цель довести долю ветроэнергетики до 20 % в производстве электроэнергии к 2030 г. А одно из исследований предсказывает, что к 2030 г. ветер будет давать 22 % всей электроэнергии, производимой в мире. Насколько осуществимы столь амбициозные цели?2
На пути развития ветроэнергетики немало препятствий. Чем более она успешна, т. е. чем больше ее доля в производстве электроэнергии, тем сложнее ее интегрировать в существующую систему. Ветер дует не все время и с разной силой. Этот источник непостоянен, и вы не можете рассчитывать на него всегда, когда он необходим. В результате ветровая энергия, как и солнечная, не очень подходит для постоянного покрытия базовой нагрузки. Когда сила ветра недостаточно велика, нужен другой источник. Иными словами, требуются дополнительные инвестиции в новые традиционные энергогенерирующие мощности. Непостоянство ветра также усложняет управление всей энергосистемой и поддержания баланса между различными источниками энергии. К тому же источники ветровой энергии, как правило, рассредоточены и зачастую удалены от населенных пунктов, что обуславливает потребность в сооружении линий электропередачи.
Сегодняшние ветрогенераторы нельзя назвать простыми, и к тому же они очень громоздки. Однако, хотя силовая электроника, средства автоматизированного управления и конструкция современного ветрогенератора высотой с 25-этажный дом довольно сложны, базовая концепция проста. Энергоресурс – ветер – предоставляется бесплатно матерью-природой. Ветра возникают вследствие вращения Земли, наличия неровностей на ее поверхности (горы, низины, океаны) и солнечного излучения – когда воздух нагревается, он расширяется, становится легче и поднимается вверх, а на его место устремляется более холодный воздух. Скорость воздушного потока при этом может быть небольшой (легкий ветерок), а может быть очень высокой (ураган). Прямое влияние солнца на температуру воздуха позволяет считать ветер одной из форм солнечной энергии.
Традиционная ветряная мельница преобразует кинетическую энергию ветра в механическую энергию. В ветрогенераторе механическая энергия преобразуется в электричество. Крупный ветрогенератор представляет собой небольшую электростанцию. Ветер, конечно, бесплатен, однако этого нельзя сказать о системе, необходимой для преобразования энергии ветра в электроэнергию и ее доставки потребителям. Сколько она стоит? Какие нужны инвестиции в другие источники энергии? Ограничивает ли это наши ожидания в отношении ветроэнергетики? Все это – предметы для дискуссий, а также часть загадки ветра – вопроса, насколько значительную роль он может играть в удовлетворении будущих потребностей в электроэнергии.
Бесплатность ветра
Поначалу ветер использовали в качестве движущей силы для судов – он надувал паруса и помогал гребцам. Потом, примерно 1000 лет назад, появились ветряные мельницы. Они давали механическую энергию для выполнения двух важных функций – помола зерна и подачи воды, т. е. ее подъема, орошения и отвода. Это существенно снижало потребность в изнурительном ручном труде.
В Х в., а может, и еще раньше, примитивные ветряные мельницы уже использовались в Персии, а затем распространились по всему исламскому миру, проникнув и в Китай. Ветряные мельницы стали появляться и в Европе. В средневековой Англии они олицетворяли попытку сельских предпринимателей перехитрить власть имущих того времени. Дворянство и церковь ревностно защищали свои эксклюзивные права на берега рек: там могли находиться только их водяные мельницы. Эти монополии были источником богатства и власти, потому как механический помол зерна освобождал для женщины несколько часов, которые она иначе тратила на ручное измельчение зерна для своей семьи.
В XII в. в графстве Саффолк, Англия, близлежащие берега реки, где работали водяные мельницы, контролировал аббат Самсон из аббатства Бери-Сент-Эдмундс. Чтобы обойти монополию аббата, пожилой священник по имени Херберт соорудил примитивную ветряную мельницу. Аббат Самсон, узнав, что его монополии на помол зерна бросили вызов, пришел в ярость и распорядился снести эту ветряную мельницу. Херберт в ответ сказал: «Бесплатным ветром может пользоваться любой человек». Эти слова только разъярили аббата Самсона. Ветряная мельница Херберта была разрушена3.
Но распространение технологии уже было не остановить. Ветряные мельницы стали расти, как грибы после дождя, по всей Англии и Европе. Дон Кихот, как мы знаем, с копьем наперевес сражался с «30 или более гигантами», несмотря на возражения Санчо Пансы, что «это, скорее всего, ветряные мельницы». В результате благородный рыцарь Сервантеса свалился с лошади, а этот эпизод породил изречение «сражаться с ветряными мельницами».
Ветряные мельницы стали частью ландшафта Голландии, где они использовались не только для помола зерна, но и для осушения болот и озер, благодаря чему за дамбами появились доступные для возделывания земли. В Европе ветряные мельницы использовались и для других промышленных целей – от выжимания оливкового масла и изготовления пороха до приведения в действие мехов доменных печей. Широкое использование ветряных мельниц наряду с водяными мельницами, как писал один историк, «ознаменовало начало заката традиционного мира, где человек зависел от животных или растительных источников энергии. Оно стало первым предвестником промышленной революции». По оценкам, с XIV по XIX в., до появления пара и угля, ветер давал четверть всей промышленной энергии в Европе4.
Ветер и электричество
В 1883 г., через год после того, как заработала электростанция Эдисона на Перл-стрит, возник вопрос, может ли ветер конкурировать с углем как источник энергии для генерирования электричества? Журнал Scientific American писал: «Непонятно, почему столь доступный ресурс совершенно не находит практического применения». Также затрагивался очень важный вопрос – проблема прерывности: «Как аккумулировать электроэнергию, чтобы она поступала днем и ночью, по выходным и в будни, накапливать ее тогда, когда мы в ней не нуждаемся, и сохранять до момента, когда возникнет потребность в ней? Вот основная проблема».
