Три реализованных проекта с нулевым выбросом СО₂ в атмосферу

В современном бизнесе «Чистые технологии» становятся всё более модным трендом и одной из самых горячих областей для инвестиций. Уходящий год не стал исключением из этого правила.

Впереди планеты всей, как обычно, выступают Соединённые Штаты Америки.

В послании к конгрессу, ещё в 2011 году, президент Барак Обама поставил амбициозную цель, добиться того чтобы в общем энергобалансе США доля альтернативной энергетики составляла не менее 80%.
И, похоже, американцы всерьёз взялись за дело. По данным журнала «TIME» в стране, 90% новых генерирующих станций, введенных в строй в 2014 году — солнечные электростанции, а количество вредных выбросов сократилось, по сравнению с 2005 годом, на 17%.
В уходящем году в США впервые осуществилась мечта экологов в энергетике всего мира: цена солнечной и ветровой энергии стала соизмеримой с ценой традиционным киловатта. На сегодняшний день цена киловатт-часа солнечной энергии опустилась до 5,6 цента, ветровой — до 1,4 цента. В то же время электричество, производимое при сжигания природного газа стоит 6,1 цента/кВт.ч, а угля — 6,6 цента/ кВт.ч.

Процесс удешевления солнечной и ветровой энергии хоть и начался ещё пять лет назад, в текущем году ускорился многократно. По данным New York Times, это обусловлено щедрыми субсидиями государства при использовании «зеленой энергии». Скептики, правда, утверждают, что субсидии, в скором времени будут урезаны или отменены вовсе. Однако, анализ, показывает, что теперь в США альтернативные источники энергии даже без поддержки государства смогут конкурировать с традиционными.

Но, не нужно думать, что успешны только американцы. Новое, экологическое мышление завоёвывает всё больше сторонников во всём мире. Это очень хорошо видно на примерах трёх реализованных в уходящем году проектов альтернативной энергетики с нулевым выбросом СО₂ в атмосферу.

Город Солнца в пустыне Мохаве

Калифорния, самый инвестиционный штат, был и остаётся рекордсменом в производстве солнечной энергии. Там, стараясь обеспечить к 2020 году треть всего энергопотребления за счет ветра, солнца, и гейзеров, продолжают огромными темпами наращивать мощности альтернативной электроэнергетики. Уже в феврале уходящего года штату удалось удвоить её производство по сравнению с прошлым годом, достигнув показателя 4 гигаватт мощности. Этот феноменальный показатель объясняется, прежде всего, вводом в строй семи новых солнечных электростанций, в том числе, самой в настоящее время крупной, не только в Калифорнии, но и в мире, Ivanpah Solar Electric Generating System. Официальный запуск станции состоялся 17.02.2014

Станция Айванпа, в названии которой увековечено имя старого индейского поселения, расположена в песчаной, высокогорной пустыне Мохаве, неподалёку от самого жаркого места Северной Америки, национального парка «Долина Смерти», где в июле-августе температура поднимается выше отметки в +50 °C. От станции до столицы штата 3 часа езды на машине. Строительство велось три года и обошлось инвесторам в 2 миллиарда и 200 миллионов долларов.
Мощность станции Айванпа — 392 мегаватт. Она вырабатывает энергию для 140 000 домов. Запуск в эксплуатацию одной этой станции эквивалентен ежегодному удалению из атмосферы 400 000 тонн CO2. Это равносильно исчезновению с дорог 77 000 автомобилей.

Гелиотермальная электростанция Айванпа содержит три энергоблока, каждый из которых имеет 2100 тонный котёл (receiver), установленный на вершине 450-футовой (148 метровой) башни (tower). Кроме котла на вершине башни установлен 110-тонный инерционный демпфер, обеспечивающий её стабильность в условиях сильного ветра.
Башня окружена множеством гелиостатов, зеркальных модулей, каждый из которых имеет по два больших зеркала, снабжён электроприводом и подключён к компьютерной системе управления. Всего на станции Айванпа 173500 гелиостатов. Самые дальние гелиостаты находятся на удалении более половины мили от своей башни. В зависимости от удаления используются четыре типа гелиостатов. Все они точно позиционированы с помощью GPS навигации и способны выдерживать давление ветра со скоростью до 85-миль в час. Общая система автоматического управления обеспечивает в следящем режиме ориентацию каждого гелиостата таким образом, чтобы отражённый им солнечный луч падал точно на котёл. Ежесекундно, от восхода солнца до его заката.
Такая концентрация энергии обеспечивает нагрев кола до величин порядка 700 оС. По трубам через котёл циркулирует расплавленная соль, запас которой хранится в двух хранилищах: горячем (hot salt storage) и холодном (cold salt storage). По пути между горячим и холодным хранилищами соль проходит через теплообменник, отдавая свою энергию и превращая воду в пар высокого давления. Пар направляется на турбину, вращающую электрогенератор. Котлы станции способны накопить в соли достаточно тепла, чтобы обеспечить генерацию пара в течение шести часов после захода солнца за горизонт, то есть, до восхода следующего дня. В этом ключевое отличие Ivanpah Solar Electric Generating System от всех её предшественников. До момента её пуска все гелиотермальные электростанции «засыпали» на ночь.

Изюминкой проекта стало также использование конденсаторов пара с воздушным охлаждением. Конденсаторы возвращают отработанный пар из паровой турбины обратно в систему. Сухая технология охлаждения позволяет Айванпа использовать на 95% меньше воды, чем стандартные солнечные тепловые электростанции с конденсаторами испарительного охлаждения. Последнее обстоятельство позволило резко снизить эксплуатационные расходы станции.
Вода, необходимая для эксплуатации станции поступает из двух скважин на участке станции и дополнительно очищается перед использованием. Вода используется только для производства пара и очистки зеркал. На практике, Айванпа оказалась даже более бережливой, чем рассчитывали проектировщики. За первые сто дней работы она использовала только 6% от выделенных ей ресурсов, 20 000 литров воды в сутки.
Проект Ivanpah Solar Electric Generating System был разработан таким образом, чтобы свести к минимуму воздействие на окружающую среду. Достаточно сказать, что 22 миллиона долларов из общей суммы затрат на создание станции пошли на программу по переселению редкого вида черепах, живущих в пустыне. Владельцам станции пришлось купить дополнительно огромную площадь пустыни вдали от стройки, оплатить работу биологов и получить специальное разрешение по вопросу того, что за год эксплуатации станции происходит гибель от нескольких десятков до нескольких сотен птиц, случайно залетающих в концентрированный солнечный поток. (Для сравнения, согласно данным исследования Служба охраны рыбных ресурсов и диких животных США (USFWS), в США одни только домашние кошки в год убивают от 1,4 до 3,7 миллиардов птиц– admin).
По мнению Дэвида Рамма, председателя и главного исполнительного директора компании BrightSource. «Завершение этого проекта является переломным моментом для солнечной тепловой энергии». Переломным, потому что юридического одобрения и начала строительства в США ожидают ещё более 30 станций, подобных Айванпа, с общим бюджетом более чем 30 миллиардов долларов. Наиболее заметные из них:
• Abengoa’s Solana в г. Гила-Бенд, штат Аризона,
• Mojave Solar One в г. Барстоу, Калифорния,
• Genesis Solar в г. Блайт, Калифорния и
• SolarReserve’s Crescent Dunes в г. Тонопа, штат Невада.
В совокупности эти проекты, дадут около 1,3 ГВт мощности.
Создание же, так называемого, юридического прецедента зачастую служит достаточным основанием для последующих разрешений.
(Нажмите на фото, чтобы полнее ощутить всю грандиозность проекта)

В планах правительства Калифорнии зафиксировано превращение в течение 30 лет в солнечную электростанцию приблизительно 80-ти тысяч квадратных километров пустыни. Это позволит вырабатывать столько чистой энергии, что выбросы углекислого газа в атмосферу сократятся на 13.5 миллионов тонн (эквивалент выхлопа 2-х миллионов 100 тысяч автомобилей — admin).

Испанские страсти по Эолу

В Старом свете не так преуспели в обуздании энергии солнца, как в Калифорнии. Хотя, надо отдать должное, первой в мире гелиотермальной станцией такого же типа, как Айванпа, была электростанция, спроектированная и построенная 1968 году близ Генуи итальянцем Джованни Франция, а первым в мире коммерческим проектом башни для концентрации солнечной энергии, была испанская «Planta Solar 10», работающая в Андалусии, недалеко от г. Севилья. К тому же, испанский проект не уникальный, как все остальные, а серийный и продаётся даже на экспорт.
Но, тем не менее, в Европе, в силу её географических особенностей всегда больше поклонялись властителю воздушной стихии, Эолу, уделяя основное внимания развитию ветровых источников альтернативной энергетики. В Дании, например, оффшорные ветровые фермы уже сейчас обеспечивают более 41% всего энергоснабжения страны.

В уходящем же году из европейских проектов хочется особо выделить Gorona del Viento — Центральную ветровую гидроаккумулирующую электростанцию острова Эль Йерро. (О проекте Gorona del Viento мы упоминали в материале «Хорошая новость»). Проектирование и строительство этого объекта длились 12 лет и стоило 64,7 млн. ЕВРО.
Официально Gorona del Viento была открыта 27 июня 2014.

Ветровая часть электростанции состоит из 5 серийных турбин Enercon E-70 по 2,3 МВт каждая, что составляет общую мощность в 11,5 МВт. Турбины установлены на горном гребне в северо-восточной части Эль Йерро недалеко от его столицы, города Вилья де Вальверде.

Мощности ветровых турбин вполне достаточно, чтобы удовлетворить спрос 11 000 жителей и многочисленных гостей острова, а также энергетическое обеспечение опреснительных установок, снабжающих их водой. Однако ветер ресурс капризный. Поэтому проект Gorona del Viento имеет в своём составе дополнительную гидроаккумулирующую составляющую, в которую входят: верхнее и нижнее водохранилища, насосная станция, гидроэлектростанция, система напорных трубопроводов и электрическая подстанция, обеспечивающая электрические соединения между гидроэлектростанцией, насосной станцией и ветропарком.
Избыток энергии от ветровых турбин в дни с ветреной погодой используется для перекачки пресной воды по 3015 метровому трубопроводу диаметром 0,8 м из открытого резервуара ёмкостью в 150 000 м3, расположенного рядом с гаванью, в другой открытый резервуар ёмкостью в 556 333 м3, оборудованный в кальдере потухшего вулкана на высоте более 700 метров над уровнем моря.
Пресная вода, в необходимых для бесперебойной работы гидроаккумулирующей станции количествах, производится из морской воды на опреснительной установке и по мере надобности подаётся в нижний резервуар по 188 метровому напорному трубопроводу.
В безветренные дни, вода, хранящаяся в верхнем резервуаре, по двум трубопроводам длиной 2350 метров и диаметром в 1 метр, сбрасывается через четыре турбины гидроэлектростанции, назад в нижнее водохранилище. Перепад высот в 655 метров между уровнями воды в верхнем и нижнем водохранилищах обеспечивает общую мощность гидротурбин в 11,32 МВт.

Проект Gorona del Viento позволяет сократить выбросы углекислого газа на 18 700 тонн в год и отказаться от годовых поставок на остров 40 000 баррелей нефти.
Кроме того, в рамках проекта Gorona del Viento, на острове создана сеть заправок для электротранспорта и в настоящее время уже более 2000 автомобилей из шеститысячного автопарка острова – электромобили. Полностью перевести автопарк на электротягу планируется к 2020 году.
Достигнутые успехи, надо полагать, так окрылили жителей всех Канарских островов, что они в середине августа 2014 года активно выступили против решения испанского правительства разрешить международной компании Repsol провести разведку месторождений нефти на шельфе, вблизи Канарских островов. Уполномоченный правительства Канарских островов по вопросам развития самоуправления и конституционным реформам Фернандо Риос Руль заявил: «Мы предлагаем сократить зависимость от экспорта углеводородов через развитие возобновляемых источников энергии. Канары в течение очень короткого времени могут превратиться в мощную «державу» возобновляемых источников энергии, потому что у нас есть всё, что для этого нужно — солнце, больше, чем в любом ином регионе мира, ветер, море, геотермальная энергетика. Надо заниматься не поисками нефти, а заменять ее другими источниками энергии. Нефть, даже если она будет найдена, зависимости от поставок из-за границы не снизит. Эта будет нефть не испанская, эта нефть международной корпорации Repsol, и если она её найдет, то сможет делать все, что захочет».

(Какие ветры дуют с Атлантики над склонами вулканов Эль Йерро легко себе представить по виду символического дерева острова – гигантских можжевельников – admin).
Вопрос, в итоге встал так остро, что Паулино Риверо, председатель правительства Канарских островов, в начале октября объявил, о подготовке всенародного референдума о возможности проведении геологоразведочных работ.
Наконец, 24.10.2014 Европейский совет добился подписания всеми участниками объединения соглашения о снижении объёмов выбросов парниковых газов на период до 2030 года.
В соответствии с этим соглашением, европейские страны до 2030 года должны заменить 27% традиционных источников энергии на возобновляемые. Ожидается, что уровень эмиссии по сравнению с 90-ми годами прошлого века уменьшится на 40%. При этом каждая страна будет обязана выполнить конкретное задание, которое она получит. Впервые заявлено, что уменьшение выбросов должно коснуться не только промышленности и энергетики, но и транспортного сектора и сельского хозяйства, то есть тех отраслей, которые ранее находились вне этого процесса. По сравнению с 2005 годом выделение углекислого газа должно сократиться на 30%.
Правда, страны ЕС оставили себе лазейку. Осенью 2015 года в Париже должен состояться очередной саммит  ООН по климату. Если на нём в глобальном масштабе не будет принято реальных мер по уменьшению эмиссии углекислого газа, страны ЕС оставляют за собой право смягчить требования к своим компаниям. В противном случае им пришлось бы в одиночку нести бремя борьбы с глобальным потеплением.

Дар африканских богов

Третий проект года, о котором я хочу напомнить реализован на африканском континенте.

2-го ноября 2014 года президент Кении Ухуру Кеньята, повернул символическую задвижку, открывая геотермальную станцию, Олкария IV, на территории национального парка «Ворота ада».

Станция носит имя региона, расположенного южнее озера Найваша, и, как явствует из названия, это далеко не первый объект такого рода. Благодаря особенному геологическому строению, регион Олкария с геотермической точки зрения очень активен. Достаточно сказать, что он имеет общий расчетный энергетический потенциал 2000 МВт. Это намного превышает современный спрос всей страны на энергию.
Однако станция Олкария IV это своего рода уникум среди геотермальных электростанций. Стоимость проектирования и строительства станции составила 126 миллионов долларов.
Достаточно уникальна и схема работы энергоблока станции. Обычно, так сказать, по классическому геотермальному циклу на рабочие лопатки турбины электрогенератора поступает пар, отделённый от непосредственно перегретой в недрах Земли воды. Избыток воды и конденсат закачиваются обратно под землю. Технические трудности такого цикла заключаются в необходимости очистки геотермальной воды от растворённых в ней в большом количестве газов. Мало того, что эти газы разрушают трубопроводы. Они ещё негативно сказываются на экологии вокруг геотермальной станции. Кроме того необходимость дополнительной очистки воды приводит к потере заметной части её энергии и, как следствие, снижению КПД станции.
Этих недостатков лишён предложенный учёными института теплофизики СО РАН имени С.С. Кутателадзе и впервые испытанный в 1967 г. на Паратунском геотермальном месторождении, на Камчатке, так называемый бинарный цикл. При нём геотермальная вода, без всякой очистки подаётся на теплообменник и нагревает относительно низкокипящий теплоноситель. Последний раскручивает турбину в замкнутом режиме. В итоге не только повышается КПД установки, но и минимизируется выброс в атмосферу.
На станции Олкария IV реализован именно бинарный цикл.

12 энергоблоков станции обеспечивают суммарно 140 мегаватт мощности. На данный момент времени это самая крупная в Мире геотермальная электростанция.

Открывая её, Ухуру Кеньята особо подчеркнул, что важнейшим стимулом создания станции Олкария IV была борьба с социальными проблемами и бедностью. Она позволит не только создать новые рабочие места. Она улучшит материальное положение всех граждан страны благодаря экономии средств, так как на 50% снизит стоимость электроэнергии по всей стране. Это огромная цифра, так как население Кении превышает 44 миллиона человек. Постройка этой электростанции позволит уже к апрелю 2015 года электрифицировать 5 000 школ (из 11 000, нуждающихся в электрификации — admin).
Кенийским правительством уже разработана программа Vision 2030, В соответствии с этой программой планируется получить доступ к 5 000 МВт геотермальной энергии.
В целом же, по предварительным оценкам специалистов, пять стран расположенные вдоль 6500 километрового разлома земной коры, именуемого Восточно-Африканской Великой рифтовой долиной, могут полностью обеспечивать себя чистой электроэнергией, генерируемой геотермальными электростанциями. Это Мозамбик (25,83 млн. жителей), Танзания (48,26 млн. жителей), Уганда (37,58 млн. жителей), Кения (44,35 млн. жителей) и Эфиопия (94,1 млн. жителей).
Общей энергетический потенциал Рифта оценивается цифрой в 15 000 МВт.
На карте, представленной журналом «New Scientist», красным цветом показаны существующие геотермальные станции, оранжевым – проектируемые.

Что хочется сказать напоследок?
Уходящий год очень наглядно продемонстрировал, что возможны любые, самые смелые проекты.
Создание безуглеродной экономики, может сыграть роль экономического стимула для развития всего Человечества. Прежде всего, потому, что альтернативная энергетика сама по себе представляет собой целую отрасль с миллиардными оборотами. А массовое строительство ресурсосберегающих электростанций создаст не только новые рабочие места, но спрос на новые технологии, материалы и оборудование.

Мир пробуждается от стагнации. И это всё изменяет его к лучшему. Скоро нас всех ожидают ещё более удивительные достижения.

С наступающим Новым годом, Вас.

© Игорь Шпинёв