Desertec – это план превращения солнечного тепла из пустынь Северной Африки и Ближнего Востока в электричество, в первую очередь для нужд арабского мира, а затем и Европы. Ему был посвящён симпозиум «Солнечная энергия для науки», прошедший в конце мая в Германии, в научном центре DESY.

Рис. 1. Карло Руббиа, научный директор
IASS (The International Association of Survey
Statisticians), лауреат Нобелевской премии
1984 года.

После трагедии на Фукусиме европейские страны задумались о перспективах атомной энергетики, а Германия решила вообще от неё отказаться и отключить свою последнюю АЭС в 2022 году. На этом фоне ажиотаж вокруг многомиллиардного проекта Desertec кажется вполне оправданным. Несмотря на то что волнения в арабском мире, казалось бы, ставят под вопрос саму возможность развития такого масштабного проекта, в работу включились крупные научные центры Евросоюза.

Среди организаторов двухдневного симпозиума – DESY, Немецкий аэрокосмический центр (DLR), Академия научных исследований и технологий Египта, SESAME (the Synchrotron-light for Experimental Science and Applications in the Middle East) в Иордании. В его работе участвовали более 250 человек, пятая часть из которых прибыла из стран Африки и Ближнего Востока. В качестве докладчиков выступали члены Еврокомиссии, представители различных международных организаций и министерств по энергетике и охране окружающей среды, ЮНЕСКО, учёные со всего мира, в том числе нобелевские лауреаты. Были и журналисты, которых пригласил на симпозиум Оливер Лефкен из Ассоциации научных журналистов Германии – TELI.

По оценкам специалистов, достаточно застроить солнечными тепловыми электростанциями всего 0,3 процента африканских и ближневосточных пустынь, и вырабатываемой ими энергии хватит на весь регион и Европу. В отличие от солнечных батарей, всё ещё недешёвых и требующих затратной утилизации, в гелиотермических установках солнечные лучи отражаются от огромных зеркальных установок и вырабатывают тепловую энергию, которая преобразуется в генераторах в электричество. Подобные станции работают в Калифорнии и на юге Европы, например, испанские Andasol. Через 10–15 лет одна из них может появиться в Марокко, согласно концепции Desertec.

Хотя идею переброса солнечной энергии из Сахары в Европу приписывают Римскому клубу в начале 2000-х, официальной датой рождения проекта Desertec называют 2009 год, когда собрались эксперты по энергетике и озвучили планы строительства сети солнечных тепловых электростанций в пустынях Ближнего Востока и Северной Африки – этот регион обозначают аббревиатурой MENA, Middle East & North Africa. В Мюнхене крупные игроки на энергетическом рынке, европейские гиганты и финансовые компании: MAN Solar Millennium, Munich Re, E.on, M+W Zander, RWE, SCHOTT Solar, Siemens, ABB, ABENGOA Solar, Cevital, Deutsche Bank, HSH Nordbank – образовали промышленный консорциум и подписали меморандум о создании the Desertec Industrial Initiative (DII). Так проект, стоимость которого оценивают в 400 миллиардов евро, начал активно развиваться при поддержке некоммерческой организации Desertec Foundation. Её цель – создание правовой, экономической и технической структуры, которая позволит воплотить Desertec.

Европа планирует к середине столетия покрывать потребности в электроэнергии на 60–80 процентов из возобновляемых источников, причём на долю солнечной энергетики придётся около 20 процентов. Солнечные электростанции вместе с солнечными батареями будут производить до девяти тысяч ТВт*ч, сокращая выбросы углекислого газа в атмосферу на шесть миллиардов тонн ежегодно, сообщил Цедрик Филибер (Cedric Philibert) из Международного энергетического агентства.

Когда в странах MENA заработают солнечные электростанции, электричество пойдёт на удовлетворение нужд местного населения, и только после этого его можно будет продавать в Европу. Для передачи чистого электричества предусмотрено строительство линий электропередач высокого напряжения на постоянном токе по дну Средиземного моря. Импорт солнечной энергии в Европу может начаться в 2020–2025 годах, по словам профессора Роберта Питц-Пааля (Robert Pitz-Paal), содиректора Отделения солнечных исследований в DLR. Сначала это будет около 60 ТВт*ч, а к 2050 году эта цифра значительно увеличится и дойдет почти до 700 ТВт*ч. При этом цена сахарского электричества снизится до пяти евроцентов. Для сравнения – сейчас стоимость энергии Солнца, превращённой в электричество на солнечных электростанциях Испании, доходит до 23–27 евроцентов. Исследователи DLR предлагают конкретные шаги для достижения этой цели. Правда, прежде чем откроется «магазин Солнца» в Сахаре, предстоит немало сделать.

Краткая история солнечной тепловой энергетики

• В 1767 году швейцарский учёный Гораций де Соссюр (Horace de Saussure) построил первый в мире солнечный коллектор, который он использовал для разогрева пищи и воды.

• В 1891 году Клэренс Кемп из США зарегистрировал первый коммерческий патент на солнечные водонагреватели, состоящие из солнечных батарей и бака для воды. Изобретение так понравилось, что жители Калифорнии закупали устройство и устанавливали его на свои дома.
• В 1908 году Уильям Бейли из американской Carnegie Steel Company создал коллектор с теплоизолированным корпусом и медными трубками, было продано больше 60 тысяч таких устройств к середине прошлого века.

• В 1913 году швейцарец Франк Шуман построил в Египте водоперекачивающую станцию из параболоцилиндрических концентраторов. Станция состояла из пяти концентраторов (по 62 метра в длину каждый) с зеркальными отражателями. Она вырабатывала водяной пар, с помощью которого перекачивала около 22 500 литров воды в минуту.
• С середины XX века солнечная энергетика не вызывала большого интереса вплоть до нефтяных кризисов. Новый виток популярности связан с передовыми планами перехода на возобновляемые источники энергии и «чистые» технологии.
• Сегодня самое большое количество чистой энергии вырабатывают солнечные электростанции в США. В Испании работает девять солнечных заводов, 25 солнечных электростанций на стадии строительства.

• Площадь в один квадратный километр, застроенная солнечными электростанциями, может производить 300 ГВт*ч в год. Потребление такого количества энергии позволит сократить выбросы СО₂ на 200 тысяч тонн в год.
• За 2007–2013 годы разные компании вложат в солнечную энергетику более 10 миллиардов евро.

Чистая энергия научного сотрудничества

«Мы считаем этот проект очень перспективным для Египта, потому что он позволит решить наши энергетические проблемы и получить солнечные энергетические установки для опреснения солёной воды, а затем и создать рынок для нужд западных стран. Для нас это возможность развить новые технологии в дополнение к тем, которые у нас уже есть, и мы активно ищем партнёров», – сказал Магид Эль Шербини (Maged Al Sherbiny), президент Академии научных исследований и технологий Египта.

Рис. 2. Даниэль Аюк Мби Эгбе – глава африканской сети солнечной энергии ANSOLE и Вальтер Кон из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, лауреат Нобелевской премии 1998 года.

Большую научную программу сотрудничества в области солнечной энергетики предлагает Немецкий аэрокосмический центр. С его подачи в феврале 2010 года в испанской провинции Альмерия был подписан документ о запуске международного проекта «EnerMENA», который нацелен на строительство солнечных электростанций в Северной Африке. Немецкие учёные и инженеры готовы предложить современные технологии и свой опыт, чтобы добывать чистую и дешёвую энергию, подчеркнул г-н Питц-Пааль. Для этого в проект привлечены многие университеты, институты, организации и частные лица при финансировании Министерства иностранных дел Германии. Для студентов разработан специальный курс лекций, а также программы обучения персонала для работы на солнечных электростанциях. За последний год активное участие в EnerMENA приняли Марокко, Алжир, Тунис, Египет и Иордания. Инженеры из этих стран в конце прошлого года прошли курс обучения на солнечных электростанциях Испании и в лабораториях Кельна и Штутгарта. Несколько образовательных и исследовательских учреждений Туниса при поддержке DLR открыли университет DUN (the Desertec University Network) для развития концепции Desertec. Весной этого года в Марокко запустили двухлетний проект по строительству солнечных электростанций совместно с Германией – Marocco Meteonet Solar.

Со своей стороны, и европейские ученые помогают разрабатывать необходимую инфраструктуру для работы пилотных проектов в Северной Африке и на Ближнем Востоке. Исследователи из DLR участвуют в разработке в Альмерии солнечной башни, которая будет использована как тестовая установка при обучении.

«Мы должны устанавливать более близкие связи между Европой и странами MENA в области научных исследований, образования и разработки новых технологий. Сегодня мы подписали новый проект о сотрудничестве с SESAME», – заявил председатель совета директоров DESY, профессор Гельмут Дош (Helmut Dosh). Основная проблема солнечной энергетики сегодня всё же не отсутствие технологий, а возможности повысить её эффективность, заметил учёный.

Технологии солнечных тепловых электростанций

Принцип работы тепловых солнечных электростанций достаточно простой: солнечные лучи нагревают воду, напрямую или через промежуточную среду. Образующийся водяной пар приводит в действие турбину, а её движение, в свою очередь, превращается в генераторе в электричество. Важно, что углекислый газ в этом процессе не образуется.

В таких тепловых электростанциях для создания высокой концентрации солнечной энергии и получения высокой температуры устанавливают зеркала. Здесь используют три технологии: самая распространённая – солнечные параболические концентраторы, а также солнечные установки тарельчатого типа и солнечные электростанции башенного типа с центральным приёмником.

В солнечных параболических концентраторах используют полуоткрытые параболические зеркала, которые собирают солнечный свет на приёмных трубках (в фокусе параболы) с жидкостью-теплоносителем. Эта жидкость нагревается почти до 370 градусов по Цельсию, прокачивается через теплообменники, отдавая тепло воде. Перегретый пар приводит в движение обычный турбогенератор для производства электричества. В качестве теплоносителя используют масла или специальные соли. Повышение температуры позволяет увеличивать КПД установок.

Солнечные установки тарельчатого типа – это комплексы параболических тарелочных зеркал, напоминающие спутниковые тарелки, которые фокусируют солнечную энергию на приёмники, расположенные в фокусной точке каждой тарелки. Жидкость в приёмнике нагревается до 1000 градусов по Цельсию. Такие установки оптимальны для автономных потребителей энергии в киловаттном диапазоне.

Солнечные электростанции башенного типа с центральным приёмником – это когда поле вращающихся зеркальных отражателей фокусирует солнечный свет на верхушке башни, где расположен приёмник, поглощающий тепловую энергию и запускающий турбогенератор. Компьютер управляет двуосной системой слежения и устанавливает зеркала таким образом, чтобы отражённые солнечные лучи были неподвижны и падали на приёмник. Температура на центральном приёмнике достигает 500–1500 градусов по Цельсию. Высота башни может превышать сотню метров.

За и против

Бонусы, которые могут получить все участники проекта при его удачном осуществлении, очевидны, ведь человечество давно мечтает решить свои энергетические проблемы с помощью солнечного света. У Европы будет надёжный источник «зелёной» энергии, страны MENA получат большое количество энергии для внутренних потребностей, стабильный доход от её экспорта, рост инвестиций местных компаний, новые технологии и миллионы новых рабочих мест. Именно об этом говорят сторонники проекта с обеих сторон. Критики приводят свои весомые доводы против. В кулуарах симпозиума представители научных сообществ из Египта, к примеру, выражали сомнение в успешности заявленных планов, подчёркивая, что местное население, особенно кочевники и пастухи, может пострадать от «набега» на пустыню. Некоторая растерянность заметна и в рассуждениях африканских и арабских учёных по поводу новых технологий, которые будут импортированы из Европы. В свою очередь скептики-европейцы считают, что осуществление такого грандиозного проекта в политически нестабильном регионе сродни авантюре и предрекают скорые обвинения в неоколониализме. Полярные взгляды на будущее амбициозного проекта и у немецких учёных, которые, впрочем, никак не связаны с его научной и технологической составляющей.

Справедливости ради надо отметить, что последние два года развития проекта были вполне плодотворными.

Игра продолжается

Конечно, вопросы к проекту Desertec остались. До сих пор не определены механизмы его финансирования и региональные программы развития. Необходимо правильно расставить акценты при составлении дорожных карт и, наконец, убедить политиков, лиц, принимающих важные для проекта решения, и широкие слои населения в важности проекта.

Рис. 3. Известный учёный, эколог, философ, политик и активный пропагандист энергосберегающих технологий профессор Эрнст Ульрих фон Вайцзеккер (слева) рассказывает о своих впечатлениях от симпозиума.

Делегаты симпозиума сошлись на том, что научное сотрудничество надо укреплять на уровне отдельных институтов с обеих сторон, а не импортировать задачи «сверху». На симпозиуме высказывалась возможность географического расширения партнёрства Европа-МENA, а именно, подключение к проекту государств так называемой Чёрной Африки, что к югу от Сахары.

Делегаты из Египта выступили с предложением объединить усилия всех участников проекта для создания Центра передового опыта EU-MENA по солнечной энергетике в Каире (EU-MENA Solar Energy Center of Excellence). Промышленная инициатива the Desertec DII – консорциум промышленных гигантов – предлагает обсудить вопросы наращивания потенциала и дальнейшего сотрудничества на конференции в Каире, которая состоится в ноябре 2011 года. Обсудить подготовленные программы запланированного в MENA строительства инфраструктуры для развития солнечной энергетики готовы сотрудники DLR. Гости из Института Кипра заявили, что будут рады принять делегатов следующего симпозиума по солнечной энергетике во второй половине 2012 года.

Многие понимают, что в мире сегодня разыгрывается одна из козырных энергетических карт, и чтобы получить выигрыш в будущем, надо уже сегодня принять участие в игре.

По мнению экспертов, рынок тепловых солнечных электростанций удвоится в ближайшее десятилетие.