Вперед в будущее

Энергетика на перепутье. Куда двигаться Казахстану

Мир давно задумывается над проблемами атомной энергетики, над тем, куда идет человечество – к дальнейшему процветанию, техническому производственному прогрессу, космическим полетам к ближайшим планетам, торжеству разума или к гибели от радиации.

Последние годы на Земле не назовешь ни добрыми, ни хорошими: то нефть разливается по морям и океанам, загрязняя и без того насыщенную вредными веществами морскую воду, то происходят чреватые последствиями аварии на АЭС, то пожары и ураганы уничтожают леса и жилища, то цены на товары первой необходимости, на коммунальные услуги неудержимо ползут вверх. Назревший вопрос "почему это происходит с нами" перерастает в продолжительный, ожесточенный крик протестующего населения. Хотя ученые и пытаются ослабить кризисные проблемы разработкой прорывных научных проектов, людям от того лучше не стало.
Доктор технических наук, академик КазНАЕН, инженер, президент компании "Джайлау", изобретатель Токтамыс Нусипкулович Мендебаев убедительно доказывает, что возможные будущие кризисы в казахстанской экономике можно предупредить за счет освоения источников возобновляемой энергии.
ЛИТЕР-Неделя: Часть европейских стран отказались от строительства АЭС на своих территориях. Вызвано это взрывом на станции в Чернобыле, сильно напугавшим население всего мира. А теперь еще землетрясение в Японии, где произошла утечка радиации на японской АЭС. Не слишком ли много для одной маленькой, но густонаселенной планеты?
Т.М.: Сильное землетрясение и вызванное им цунами высотой в 10 метров, разрушив атомную электростанцию "Фукусима-1" в Японии, заметно пошатнуло и без того зыбкую веру в безопасность производства атомной энергии. В Стране восходящего солнца в начале аварии был объявлен четвертый, а затем максимальный седьмой уровень опасности ядерного заражения. Вокруг АЭС найдены следы наиболее радиоактивного атомного топлива – плутония, что указывает на нарушение герметичности реактора. Дополнительным тому подтверждением явилось стремительное распространение радиоактивных элементов, присутствие йода 131, зафиксированное в дождевой воде на северо-востоке США, в прибрежных районах Китая, Южной Кореи и Вьетнаме.
Японские власти заявили о принятом решении по установлению бетонного саркофага над всеми шестью реакторами АЭС "Фукусима-1", так же, как это было сделано в Советском Союзе спасателями на Чернобыльской АЭС в апреле 1986 года. В японской трагедии, по осторожным оценкам международных экспертов, одноименный город Фукусима, находящийся на расстоянии 65 км от АЭС, также может повторить или разделить трагическую судьбу города-призрака на Припяти после аварии на Чернобыльской АЭС.
Авария на АЭС "Фукусима-1" очень больно ударила по экономике островного государства. Многие его компании, в том числе известные во всем мире автомобильные концерны, вынуждены сокращать, а то и останавливать производство машин не только в Японии, но и в США, Китае, Мексике и Российской Федерации. Сильно пострадал и рыболовный промысел – основная промысловая отрасль. Ситуация, судя по информации СМИ, катастрофически ухудшается, особенно после известия, что японские ликвидаторы аварии начали сливать радиоактивную воду с реакторов в прибрежную часть Тихого океана…
ЛИТЕР-Неделя: Ситуация действительно вокруг этой аварии накалилась. Что же теперь делать ужаснувшейся Японии, что вы скажете об отношении к работе АЭС в других странах?
Т.М.: Пожалуй, нет сомнений в том, что теперь все, что будет произведено в Японии, будет подвергнуто повышенному радиационному контролю. Некоторые производственные картели воспользуются ситуацией, всеми правдами и неправдами постараются ограничить, а то и закрыть доступ японским товарам на внешний рынок. Как говорится, своя рубашка ближе к телу. По последним сообщениям, за месяц после аварии производство товаров в Японии упало на 15 процентов. Но это, вероятно, только начало.
После трагедии на "Фукусиме-1" во многих странах мира с новой силой вспыхнуло движение против атомной энергетики, выдвинут лозунг "Мирного атома в природе не бывает". Под давлением общественности Бельгия намерена закрыть все АЭС, находящиеся на ее территории, к 2015 году, а Германия – к 2020 году. Протесты и демонстрации проходят и в самой Японии, где участники требуют закрыть ныне действующие 19 АЭС, состоящие из 56 энергоблоков, вырабатывающие 30 процентов всей производимой в стране электроэнергии.
В других странах уже действует закон. Например, строительство АЭС запрещено в Австралии, которая имеет в недрах до 40 процентов урана от мировых запасов и занимает по этому энергетическому ресурсу первое место в мире. В США, наиболее энергоемкой стране мира, атомные станции не строятся с 1977 года. Неспроста и в России видные ученые-атомщики обратились к руководству страны с предложением отказаться от традиционных атомных реакторов, использующих в качестве топлива плутоний, полураспад которого длится 24 тысячи лет. Не правда ли, долгий период времени? А дело в том, что в плутониевой энергетике радиоактивность растет в геометрической прогрессии, в отработанном ядерном топливе снова и снова образуется энергетически реактивный плутоний, в 40 раз более радиоактивный, чем исходный. Страшна не только авария, случившаяся на "Фукусиме-1", страшны и губительны ее последствия. Вдумайтесь только. Для ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС Украина ежегодно тратит около 5 процентов национального бюджета, Белоруссия – 10 процентов, Россия – от 0,5 до 1 процента. Общие их затраты сегодня перевалили за 500 млрд долларов. Вот вам тесный радиоактивный хомут, которого век не сбросишь.
ЛИТЕР-Неделя: Существуют ли на АЭС проблемы, которые можно назвать главными? Не секрет, что на этих станциях построено оборудование, не способное защитить от ударов природной стихии, так как технические его данные пока не отвечают соответствующей безопасности. Не пора ли и у нас в Казахстане, где имеются залежи урана, нажать на тормоза?
Т.М.: Главная проблема атомной энергетики даже не безопасность АЭС, а хранение отработанного топлива. По мнению ученых, на земном шаре нет места для его безопасного хранения. В любом случае, если не проводить постоянные работы по обезвреживанию, нейтрализации топлива, оно попадет неизбежно в сферу обитания всего живого мира. Вот почему США, Япония, Франция и другие ядерные страны ежегодно тратят астрономические, по нашим меркам, средства, чтобы обеспечить безопасность хранения отработанного ядерного топлива. Эти затраты естественным образом ложатся на себестоимость производимой энергии. Кроме того, парадокс атомной энергетики состоит в том, что ликвидационные затраты на АЭС, после истечения срока их эксплуатации, равнозначны затратам на их строительство.
На фоне нынешней действительности вызывают удивление безответственные речи отдельных политиков, что Казахстан может заработать деньги на хранении ядерных отходов на своей территории. Это несусветная глупость. Мы даже не знаем, как поступить с внутренними промышленно-бытовыми отходами, общая масса которых перевалила за 22 млрд тонн. У нас давно загрязнены и загажены не только поверхностные водоемы и реки, токсичные отходы, особенно урана, проникают в районах ведения горно-добычных работ в подземные воды. Ситуация давно запредельная, с ней знакомы и в МООС РК, но бессильны что-либо изменить в сторону оздоровления. У нас еще нет профессионального видения причин возникновения катастроф и научно обоснованных мероприятий, направленных на предупреждение будущих аварийных последствий.
В мире действуют 460 АЭС, общая доля которых в мировом энергобалансе составляет всего 5–6 процентов. И если после чернобыльской аварии были заморожены 60 атомных проектов, то после Фукусимы их количество уменьшится в разы. Есть такие предположения, что после японской трагедии с ядерной энергетикой будет покончено. Не сразу, но со временем.
ЛИТЕР-Неделя: В таком случае в каком направлении будет двигаться энергетика, какой она, на ваш взгляд, должна стать в РК?
Т.М.: Сегодня основным источником энергии на земном шаре являются углеводороды (нефть, газ, уголь), и если до "Фукусимы-1" были осторожные прогнозы, что им на смену может прийти атомная энергетика, то теперь этого нет. Мир как бы оказался на энергетическом перепутье, и странам следует определиться в выборе направления. По науке, при наличии природных ресурсов и возможности выбора, нужно принципиально развивать то направление энергетики, которое безопасно, дешево и долговечно, является не постоянным, но возобновляемым.
В выборе стратегии развития энергетического обеспечения страны на перспективу предстоит определиться и Казахстану. Легко извлекаемые запасы нашей нефти и газа на суше необратимо идут на убыль, предстоящая их добыча на акваториях Каспийского моря сопряжена с огромным экологическим риском, отрицательный исход которого можно будет сравнивать с ядерной катастрофой.
Поэтому внимание гегемонов мировой экономики в последнее время направлено в сторону геотермальной энергии недр Земли, где температура возрастает в среднем на 1 градус по Цельсию каждые 36 метров. Для справки: по прогнозным подсчетам, температура в центре Земли составляет 6650 градусов Цельсия, а недра содержат 4210 Вт тепла, из которого 2 процента находятся в коре нашей планеты и 98 процентов в ее мантии и ядре.
Природный очаг тепла – расплавленная магма, где протекает реакция распада радиоактивных элементов, выделяющих уран, калий. Без этой жизнеобеспечивающей магмы земля давно превратилась бы в мертвое тело. Тепло магмы по тектоническим разломам проникает в кору Земли, состоящей из каменного пояса, образуя в ней геотермальные источники, месторождения сухих горячих горных пород. Временное сохранение геотермальной энергии обусловлено скоростью остывания Земли, равной по геологическим расчетам 300–350 градусам Цельсия за миллиард лет. Таким образом, геотермальные источники в недрах Земли в виде пара или горячей воды самой природой созданы готовыми к употреблению. Этим и объясняется низкая себестоимость электрической энергии, вырабатываемой подземным теплом, сопоставимой по дешевизне с энергией гидроэлектростанций.
ЛИТЕР-Неделя: Где сооружены геотермальные электростанции, что делается для их сооружения в Казахстане?
Т.М.: Если первая геотермальная электростанция, действующая и сейчас, построена в Италии в 1924 году, то сегодня их число растет как грибы после дождя в Испании, Китае, Голландии, Исландии, Дании, Франции и т.д. По стратегической программе США геотермальное электричество в перспективе станет ключевым элементом энергетической инфраструктуры Америки. В нашей стране идет разведка, намечаются крупные проекты. По предварительным геологическим сведениям, обнаруженные запасы геотермальных источников Казахстана до глубины 3500 метров эквивалентны 97,1 млрд тонн условного топлива, что на порядок больше суммарных запасов отечественной нефти и газа, вместе взятых. Если вести разведочные работы еще глубже, скажем, до глубины 7000 метров, то вышеназванная цифра может быть удвоена, а то и утроена. Ко всему следует добавить нетронутые еще месторождения пластов сухих горячих горных пород в недрах нашей Земли, они также способны стать вечно возобновляемым источником энергии.
А пока мы можем использовать геотермальные месторождения с температурой воды выше 100 градусов Цельсия. Они, несомненно, представляют интерес для казахстанцев в Илийском, Сырдарьинском, Шу-Сарысуйском, Арыс-Келесском, а также в Мангистау-Устюртском артезианских бассейнах. Наибольшие запасы высокотемпературных термальных вод находятся в Мангистау-Устюртском плато. Однако их освоение в качестве энергетических источников возможно после снижения степени их минерализации. Перспективными для производства электричества представляются маломинерализованные, обычно 3–5 г/л термальные воды южной части густонаселенного Казахстана, где наблюдается стабильный рост энергопотребления.
ЛИТЕР-Неделя: Наверное, казахстанцы в период освоения геотермальных источников вновь встретятся с финансовыми трудностями. Что нам необходимо, чтобы стать полными хозяевами перспективной, а главное, дешевой энергетики?
Т.М.: Проблемы эффективного освоения в качестве энергоресурсов геотермальных источников вполне решаемы на научной основе установлением природы их происхождения, расположения тектонических каналов подпитки теплом, определением контуров залегания и запасов, температуры и давления пара или пароводяной смеси непосредственно в источнике. Необходимы естественные поиски возможностей усиления их теплоэнергетических параметров, образования искусственных аналогов-источников на глубине, выборочный поиск практически реализуемых схем вскрытий месторождений, повышение надежности и безопасности процесса выработки электричества.
В наибольшей степени последним требованиям соответствует приоритетная в мире технологическая схема, предложенная нашими учеными – производство электрического тока на глубине залегания геотермальных источников или пластов "сухих горячих горных пород", без потери исходной мощности нагретого напорного пара. Данная схема легла в основу проекта, включенного в программу сотрудничества между правительством Республики Казахстан и правительством Российской Федерации по направлению реализации совместных научных проектов в сфере возобновляемых источников энергии на 2010–2012 годы.
Для реализации проекта имеются все необходимые предпосылки и условия для разработки структурно-промышленной модели глубинной геотермальной энергоустановки с привязкой к конкретным месторождениям. Практическим завершением проекта и примером возможности освоения геотермальных источников в качестве энергоресурсов в будущем может оказаться сооружение первой опытной модели подземной геотермальной энергоустановки на одном из артезианских бассейнов Южного Казахстана.
ЛИТЕР-Неделя: Большая группа казахстанских ученых и инженеров изучает и предлагает динамично развивать давно известную нашей стране ветроэнергетику. Что вы скажете на эту тему?
Т.М.: В Западной Европе, Америке, Азии и Китае, повсюду можно увидеть технологические парки древних лопастных ветряных электростанций на высотных башнях. У них есть общие недостатки – работают тогда, когда дует ветер со скоростью не менее 4–6 метров в секунду. К сожалению, они создают серьезные помехи при передаче и принятии радиотелетрансляционных сигналов, низкий коэффициент полезного действия, вибрируют и отрицательно действуют на окружающую среду в районе расположения.
В природно-климатических условиях Казахстана с его рельефными особенностями и учетом огромной территории нужно развивать новое, приоритетное направление – трубопроводную ветроэнергетику. Об этом направлении говорю следующее. С одновременным изучением многолетней сезонной базы данных мониторинга аэродинамического состояния воздушного бассейна Казахстана в каждом регионе, районе ученые установили, где и в каких зонах находится высокое и низкое атмосферное давление. По выполненным на их основе теоретическим расчетам инженеры могут определять зональные маршруты соединенных трубопроводов, вычислять силу разности атмосферных давлений в трубопроводах, где появится рассчитанная и направленная, регулируемая и управляемая искусственная река ветра огромной силы и скорости. Тогда размещенный внутри трубопроводов, на всей их протяженности, интервальный каскад малогабаритных турбогенераторов выдаст потребителю на линию гарантированный электрический ток с устойчивыми параметрами. При этом различными, несложными по исполнению технологическими приемами можно добиться увеличения сохраняемой разности атмосферных давлений на концах трубопроводов, тем самым решить задачи повышения эффективности и надежности работы всей системы трубопроводной ветроэнергетики.
По вполне реальным прикидкам, в любом трубопроводе с внутренним диаметром 1000 мм и протяженностью 100 км можно выработать электрический ток мощностью несколько сотен мегаватт, при себестоимости 0,3–0,5 тенге за киловатт-час. Для сравнения: по статистике себестоимость электрической энергии в Казахстане сегодня достигла 3,0 тенге за киловатт-час. Отсюда напрашивается вывод, что трубопроводную ветроэнергетику нам следовало бы развивать там, где существует незначительное число или вообще отсутствуют геотермальные месторождения, то есть в Северном, Центральном и Восточном Казахстане.
Помимо экологии и дешевизны конечной продукции, бесспорное преимущество геотермальной и трубопроводной ветроэнергетики заключается в том, что они привязаны к местности и потребителям. Нет необходимости протянуть и обслуживать линии электропередачи (ЛЭП) на огромные расстояния с промежуточными подстанциями, где через каждые 1000 км теряется до 30 процентов первоначальной мощности.
ЛИТЕР-Неделя: Слышал, что для развития и обновления энергетики одноименное министерство запросило астрономические деньги. А нам, простым потребителям, такая экономическая модернизация сильно ли нужна, не получится ли от этого новый кризисный виток?
Т.М.: Действительно, в программе по стратегии развития отрасли электрической энергии Казахстана на 2012–2014 годы только для обновления существующей энергосети страны запрашивается астрономическая сумма 3,0 триллиона тенге. В итоге налогоплательщики начнут за электроэнергию платить еще больше из своих и без того дырявых карманов, а это, если не ошибаюсь, приведет к стагнации государственной экономики. В то же время для полного перевода казахстанской экономики к 2020 году на потребление энергии геотермальных месторождений и трубопроводной ветроэнергетики потребуется де-нег намного меньше.
Республика Казахстан располагает огромными запасами обнаруженных геотермальных месторождений, большими прогнозными, нетронутыми, природно-территориальными возможностями для развития ресурсосберегающей трубопроводной ветроэнергетики, имеет базовое преимущество в доступе к дешевым, экологически безопасным и вечным источникам возобновляемой энергии. Вкупе реализация такого богатства позволила бы построить конкурентоспособную экономику на долгую перспективу, что, собственно, соответствует цели и задачам Программы индустриально-инновационного развития Казахстана.

Беседовал Сергей ТОРОПКИН, Алматы
12.05.2011