В поисках энергии. Ресурсные войны, новые технологии и будущее энергетики

«Кто же, – вопрошал Scientific American, – тот человек, который решит ее?»

Этим человеком стал Чарльз Браш, один из главных соперников Эдисона. Лампочка Браша, использовавшаяся для освещения улиц, была одним из главных конкурентов электрической лампочки Эдисона. К 1880 г. около 6000 лампочек Браша освещали улицы крупных городов страны. Это сделало Браша богатым.

В 1887 г. во дворе своего дома на Эвклид-авеню в Кливленде, располагавшегося буквально в нескольких десятках метров от особняка нефтяного магната Джона Рокфеллера, Браш приступил к разрешению проблемы преобразования энергии ветра в электричество. Он соорудил 18-метровую ветряную мельницу и подключил ее к динамо-машине и сети аккумуляторов, установленных в подвале. Она обеспечивала освещение его особняка. Установка Браша стала первым устройством по выработке электричества с использованием энергии ветра. Scientific American похвалил Браша, но предупредил читателей, что не следует считать освещение, обеспечиваемое энергией ветра, «недорогим, поскольку ветер ничего не стоит. Стоимость этой установки настолько велика, что она с лихвой перекрывает дешевизну движущей силы». В конечном итоге Браш все же сдался и подключил свой дом к централизованной городской системе электроснабжения, которую разработал его конкурент Эдисон, – она была более удобной. Но Браш доказал, что ветер может быть источником электроэнергии⁵.

Быстрое распространение централизованного электроснабжения в крупных и небольших городах привело к исчезновению в них спроса на электричество, генерируемое с использованием энергии ветра. Однако на удаленных американских фермах и ранчо ситуация была иной.

Чтобы удовлетворить потребности фермеров, предприниматели-инженеры разработали небольшие энергогенерирующие ветряные мельницы с системой аккумуляторов для накопления электроэнергии. Традиционные ветряные мельницы использовались для традиционной цели – перекачивания воды. Возможности же ветрового электричества были шире. Оно могло обеспечить фермеров – а также их жен и детей – светом и облегчить утомительный, однообразный физический труд⁶.

Однако сельские электрические кооперативы, поддерживаемые федеральным правительством, которые в конце 1930-х гг. стали сооружать свои линии электропередачи и сети электроснабжения, давали электроэнергию более высокого качества, и в течение следующих двух десятилетий ветер как источник энергии для американских фермеров постепенно сошел со сцены.

На грандпа-ноб с палмером путнемом

Зимой и весной 1941 г. колонны грузовиков с оборудованием и деталями весом 500 т, в том числе двумя восьмитонными лопастями, медленно двигались вверх по узкой грунтовой дороге с опасными поворотами к вершине горы Грандпа-Ноб примерно в 20 км от города Ратленд, штат Вермонт. На этой горе велись работы по сооружению ветровой установки, которая должна была вырабатывать 1,5 МВт электроэнергии – почти невообразимая мощность в то время.

Палмер Путнем, руководитель проекта, был внуком основателя издательства G. P. Putnam’s & Sons. Хотя Палмер какое-то время возглавлял это издательство, его душа принадлежала технике. Окончив MIT, он работал геологом в Бельгийском Конго. Позднее, построив дом на мысе Кейп-Код, Путнем обнаружил, что «ветра там на удивление сильные, а тарифы на электроэнергию – на удивление высокие». Для Путнема решение было очевидным – ветровая электроэнергия⁷.

Однако Путнема интересовало не обеспечение электроэнергией собственного дома, он думал об энергосистемах общего пользования. Подходящая модель уже существовала, она использовалась в Советском Союзе. В 1931 г. первый ветрогенератор общего пользования был введен в эксплуатацию в Крыму, в Ялте.

Путнем собрал первоклассную команду, в которую вошли видные американские ученые и представители ведущих компаний, в том числе General Electric, помогавшей с электрооборудованием. Выбор Грандпа-Ноб, горы довольно отдаленной и недоступной, был обусловлен высоким качеством ветров на ней.

Осенью 1941 г. 52-метровая ветровая установка Путнема уже вырабатывала электричество. Ее подключили к энергосистеме Центрального Вермонта, подобно угольной электростанции, и она вносила свой вклад в обеспечение штата электроэнергией. Идея о том, что ветровая установка необязательно должна быть автономной и может быть подключена к энергосистеме, стала основным вкладом Путнема в развитие ветроэнергетики. Ветрогенератор, как оказалось, можно включить в существующую систему⁸.

Ветрогенератор Палмера Путнема работал примерно до середины Второй мировой войны, когда его пришлось отключить из-за поломки. Починили ветрогенератор на Грандпа-Ноб только в 1945 г. Но всего через несколько недель одна из восьмитонных лопастей оторвалась и разбилась вдребезги. Это был конец. Для ремонта ветрогенератора уже не было ни средств, ни желания.

Тем не менее 52-метровая башня на Грандпа-Ноб стала своего рода маяком, потому как она продемонстрировала возможности ветровой энергии. Как объяснил один ученый на заседании профильного комитета конгресса в 1974 г., ветрогенератор Путнема «был предшественником всего того, что осуществляется сегодня в области ветровой энергетики»⁹.

Современная индустрия

К середине 1970-х гг., после того, как арабские страны ввели эмбарго на поставки нефти, а западные страны обратили взор на альтернативные источники энергии, ветроэнергетика стала серьезной темой для дискуссий. Однако своим рождением ветроэнергетическая индустрия обязана не только ОПЕК, но и датскому сельскохозяйственному машиностроению и калифорнийским налоговым льготам. Без них эта индустрия вряд ли стала бы такой, какой она является сегодня. А начиналось все так.

После нефтяного кризиса 1973 г. правительство США стало финансировать исследования и разработки в области ветроэнергетики. Чтобы ветровым электричеством заинтересовались энергокомпании, требовались крупные ветровые установки, и правительство обратилось к оборонным компаниям – если они могут строить истребители и бомбардировщики, вертолеты и самолеты с пропеллерами, то смогут создать и вышки с вращающимися лопастями. Но технические характеристики первых ветровых установок оставляли желать лучшего. «Мы тогда были зашорены, поскольку ветряные мельницы использовались более 1000 лет, – сказал один правительственный чиновник, курировавший исследования и разработки. – Мы считали, что технология уже есть, а все, что нужно сделать, – это ввести ее в XX в.»¹⁰

Но вскоре после прихода Рональда Рейгана на пост президента США программа исследований в области ветроэнергетики, финансировавшаяся из федерального бюджета, была свернута.

Калифорнийская ветряная лихорадка

Хотя федеральные расходы на исследования и разработки были существенно урезаны, инициативы государства в сфере регулирования и налогообложения остались в силе. Действовал уже упоминавшийся Закон о регулировании деятельности коммунальных предприятий (PURPA), который обязывал энергокомпании покупать электроэнергию у мелких производителей. Кроме того, существовали налоговые льготы, причем довольно щедрые. Налоговые льготы предоставлялись ветроэнергетическим проектам со стороны как федерального правительства, так и администрации штата Калифорния, причем даже проектам, предусматривавшим выработку электроэнергии в незначительных количествах. Очень многое для развития ветроэнергетики в штате и в стране сделал губернатор Калифорнии Джерри Браун. Строителям ветровых установок также разрешалось ускоренно амортизировать ветровые активы, что делало инвестиции практически безрисковыми. К тому же всю электроэнергию, продаваемую энергосистеме, им оплачивали по щедрому тарифу PURPA, в основе которого лежала концепция «альтернативных затрат».

Результатом этого стала калифорнийская «ветряная лихорадка». К сторонникам ветроэнергетики, серьезным разработчикам, квалифицированным инженерам и стратегам присоединились хитрые промоутеры, продавцы налоговых убежищ и любители шальных денег. Так родилась современная индустрия ветроэнергетики.

Эта лихорадка дала толчок инновационной деятельности. Чтобы не зависеть от одной-единственной махины, как Палмер Путнем, строители устанавливали несколько меньших по размеру ветрогенераторов и подключали их к компьютерной сети, чтобы они функционировали как единый механизм. Такие ветрогенераторы, объединенные в сеть, стали называть «ветропарками». Дополнительным преимуществом такого подхода было то, что при выходе даже нескольких установок из строя, система продолжала работать и большая часть вырабатываемой ею электроэнергии по-прежнему поступала в энергосистему.

Калифорния, которая стала Саудовской Аравией ветровой энергетики, располагала тремя ветровыми «месторождениями» с огромным потенциалом. Строители спешили приобрести земельные участки. Многие из лучших мест были труднодоступными, и их освоение требовало изобретательности, больших усилий и смелости. Но только после начала строительства выяснялось, насколько яростными и непредсказуемыми могут быть эти ветра – и как непросто их использовать. Ветер, как тогда выразился один инженер, «треплет вас весь день, не стихая. Глаза начинают слезиться… Вы можете наклониться, и ветер не даст вам упасть». Многие турбины не выдерживали. Лопасти гнулись и отрывались, вышки опрокидывались, электроника выходила из строя. Большинство установок вырабатывали гораздо меньше электричества, чем обещали производители. Надежность и технические характеристики стали главной проблемой¹¹.