Ветер в сравнении с плутонием

Теоретически и ветер, и плутоний могут обеспечить человечество источником энергии на долгосрочную перспективу. С плутонием, однако, связаны определенные сложности в отношении принципов нераспространения и экологии, что было документально показано во многих публикациях IEER2. По-видимому, только долгосрочный экономический прогноз может оказаться решающим аргументом в пользу плутония. Для того чтобы подробнее рассмотреть этот аргумент, IEER провело исследование сравнительных характеристик плутония и ветра как источников энергии, в котором использовался пример Японии. Мы выбрали Японию потому, что эта страна обладает относительно низким потенциалом развития наземной ветровой энергетики и высокой плотностью населения. Если мы оставим в стороне проблему аварий и их последствий, требования в отношения земельных площадей для развития ветровой энергетики значительно выше, чем при использовании плутония. Следовательно, если сравнение экономических показателей окажется в пользу ветра, то этот вывод можно будет относительно легко обобщить на многие другие страны и районы.

IEER в своем сравнительном анализе использовал технологию шельфовой ветровой энергетики, поскольку практика размещения турбин в прибрежной зоне может решить многие экологические вопросы, которые поднимаются в связи с ветровой энергетикой. В частности, этот вариант может быть использован в странах и районах с жесткими ограничениями по земельным площадям, такими как Япония. Шельфовые ветроэлектростанции успешно работают в Дании, Германии и Швеции, начиная с 1991 г.

За последние полвека во всем мире было потрачено огромное количество ресурсов на развитие технологий использования плутония в качестве источника энергии, тогда как на разработку технологий использования энергии ветра отводились скудные гроши. Десятки миллиардов долларов были потрачены на одни только реакторы-размножители. Эти реакторы преобразуют неделящийся уран-238, которого довольно много в природе, но который не годится в качестве реакторного топлива, в делящийся плутоний-239 с такой скоростью, что при работе реактора количество делящегося метериала увеличивается. Еще десятки миллиардов долларов были потрачены на репроцессинг - технологию, используемую для выделения плутония из облученного реакторного топлива. Тем не менее, плутоний далек от того, чтобы стать источником коммерческой выгоды. Даже французская компания, Electricite de France, самый большой потребитель плутониевого (МОX) топлива, и британская компания British Nuclear Fuels Limited, занимающаяся репроцессингом, приписывают нулевое значение своим запасам плутония.

Ни в одной стране нет коммерчески жизнеспособной программы по плутониевым реакторам-размножителям. Два самых больших действующих реактора-размножителя в мире находятся в бывшем СССР, и они используют не плутониевое, а урановое топливо. Программа по реакторам-размножителям была прекращена во многих странах мира, включая США, вследствие технических проблем, высокой стоимости, а также проблем с угрозой распространения.

Одним из драматических примеров выхода из строя реактора- размножителя является авария в декабре 1995 г. на реакторе- размножителе Монжу в Японии, который был остановлен из-за крупной утечки жидкого натрия и пожара. Реактор был впервые запущен в апреле 1994 г. Другой важный пример с Суперфениксом, который одно время был самым большим в мире реактором-размножителем на быстрых нейтронах. Девятнадцатого июня 1997 г. предприятие-владелец Суперфеникса объявило, что эта установка, расположенная во Франции, будет навсегда закрыта. Суперфеникс проработал только 278 дней (в пересчете работы на полную мощность) в период с 1986 по 1997 г. Общие затраты по проекту Суперфеникса к 1996 г. (до того как было объявлено о закрытии) оценивались в 60 млрд франков (в ценах 1994 г.) или около 9,1 млрд долл3. Демонтаж и послеэксплуатационные затраты, связанные только с одним Суперфениксом, оценивались в 9,5 млрд франков (около 1,4 млрд долл.); этого хватило бы на покрытие капитальных затрат, связанных с 825 МВт энергии от шельфовых ветровых силовых установок. Если бы деньги, отведенные на Суперфеникс, были потрачены на ветровую энергетику, то, учитывая предысторию рассматриваемых двух источников энергии, к настоящему времени общая мощность выработанного электричества превысила бы объем, произведенный этим реактором, раз в десять или более.

Развитие шельфовых ветровых энергоресурсов открывает перспективы решения наиболее серьезной проблемы, связанной с наземной ветроэнергетикой: использование больших участков земли для размещения ветровых турбин. Хотя строительство в прибрежной зоне требует дополнительных затрат, они, по крайней мере, частично компенсируются такими положительными факторами, как более высокие скорость и постоянство ветра, и, кроме того, исключаются затраты, связанные с приобретением земли. Менее турбулентный ветер снижает износ турбин, продлевая, таким образом, период эксплуатации установки. Визуальное загрязнение может быть снижено или устранено соответствующим выбором площадки для размещения шельфовых ветровых турбин. Однако при выборе площадки могут возникнуть проблемы такого рода, как помехи движению судов и возможное воздействие на морские экосистемы. Оценки таких воздействий должны стать неотъемлемой частью демонстрационных проектов.

Стоимость электроэнергии от ветровых установок снижается по мере развития технологии от примерно, 8,8-9,9 центов за 1 кВт·ч по первым проектам до 5,5 центов за 1 кВт·ч по проекту Бокстиген в Швеции в 1997 г. Шельфовые ветровые турбины работают хорошо, и их стоимость существенно снизилась за 90-е годы. Кроме того, они доказали свою надежность.

Сравнительно с этим стоимость реакторов-размножителей не снижается с течением времени или по мере накопления опыта - несмотря на то, что первое электричество, когда-либо выработанное атомным реактором, было получено именно от реактора-размножителя (Экспериментальный реактор-размножитель в Национальной технической лаборатории в Айдахо в 1951 г.). В приведенной ниже таблице даны сравнительные характеристики затрат на выработку электричества с использованием энергии ветра и с использованием плутониевого топлива в легководных реакторах и в реакторах-размножителях. Подробнее об исходных положениях, на которых основаны эти вычисления, можно узнать в отчете IEER.

ВЕТЕР В СРАВНЕНИИ С ПЛУТОНИЕМ: ЗАТРАТЫ НА ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Составляющая затрат	Шельфовый ветер	MOX-топливо - легководные реакторы	Реакторы-размножители
Капитальные затраты	4,2 цента/(кВт·ч)	3,8 цента/(кВт·ч)	7,6 цента/(кВт·ч)
Стоимость топлива (не включая репроцессинг)	Неприменимо	0,9 цента/(кВт·ч)	0,9 цент/(кВт·ч)
Стоимость репроцессинга	Неприменимо	0,7 цента/(кВт·ч)	1,0 цента/(кВт·ч)
Стоимость эксплуатационных и ремонтных работ	1,2 цента/(кВт·ч)	1,5 цента/(кВт·ч)	1,5 цента/(кВт·ч)
Затраты на утилизацию ядерных отходов для МОX отработанного топлива	Неприменимо	0,2 цента/(кВт·ч)	0,2 цента/(кВт·ч)
Стоимость вывода из эксплуатации	0,14 цента/(кВт·ч)	0,1 цента/(кВт·ч)	0,1 цента/(кВт·ч)
Всего	5,54 цента/(кВт·ч)	7,2 цента/(кВт·ч)	11,3 цента/(кВт·ч)

Один из недостатков ветровой энергетики заключается в непостоянстве режима ее выработки. Несмотря на то, что более низкое использование мощности (т.е. меньшее количество часов работы из расчета работы на полную мощность) учтено в затратах, приведенных выше, энергия ветра не может быть использована как единственный или основной источник энергии без применения устройств накопления энергии или дополнительного энергоснабжения от других источников (таких, как солнечная энергия и топливо из биомассы). Далее, энергия ветра не может быть использована в дорожно-транспортных средствах без дополнительных капитало-вложений, но то же самое относится и к плутонию.

Предположим, в порядке дискуссии, что разумной целью энергетической политики страны является энергетическая самодостаточность и что ключевым аспектом при этом является обеспечение достаточного объема топлива для транспорта. Последнее объясняется тем, что одним из самых уязвимых свойств нефти является то, что цены на нее колеблются и поставки нестабильны и вместе с тем ее очень трудно чем-либо заменить в ближайшем и среднесрочном будущем. Однако, для того чтобы заменить нефть ветром или плутонием, необходимо провести крупные изменения в транспортной системе, и поэтому ни один из этих источников энергии не обладает преимуществом перед другим в отношении поставленной цели - энергетической самодостаточности в автомобильном секторе.

В автомобильном транспорте электричество - независимо от того используется ли ветер, плутоний или какой-либо другой источник энергии - применяется в двух видах. Оно используется либо для приведения в действие электрическое транспортное средство, либо для получения водорода с последующим его использованием в транспортных средствах, работающих на топливных элементах.

Очевидно, что применение как плутония, так и энергии ветра в транспортных средствах потребовало бы одинаковых крупных изменений: либо перехода к электрическим транспортным средствам, либо использования топливных элементов. Такие изменения, вероятно, будут неоходимы в любом случае, чтобы повысить эффективность использования энергии, снизить загрязнение воздуха в городах и/или снизить выбросы парниковых газов. По-видимому, в настоящее время использование топливных элементов, в которых в качестве топлива используют водород, явится наиболее эффективным и наименее загрязняющим способом преобразования энергии в автомобильном транспорте. Следовательно, мы сравнили стоимость использования ветра и плутония в качестве энергоносителей в секторе дорожного транспорта, работающего на топливных элементах.

Стоимость водорода, полученного с использованием энергии ветра, исходя из 5 центов за 1 кВт·час электроэнергии, была бы около 33 долларов за гигаджоуль (GJ) для транспортного средства, работающего на топливных элементах, что эквивалентно 1,66 долларов за галлон для транспортного средства, работающего на бензине. Сравнительная стоимость водорода, полученного с использованием реактора-размножителя, была бы почти в два раза больше (60 долларов за 1 GJ), а возможно, и больше.

Наша оценка долгосрочных аспектов, связанных как с ветровой энергетикой, так и с технологией реактора-размножителя, говорит о том, что, даже учитывая дополнительные затраты на накопители энергии, с тем чтобы компенсировать непостоянную во времени природу ветра, ветровая энергетика представляется более привлекательной, чем реакторы-размножители.


Давно уже надо было отказаться от плутония как от источника энергии в пользу возобновляемых источников. Комиссия Палей, назначенная Президентом Трумэном, еще до того, как началась эра коммерческого использования атомной энергии, в 1952 г. пришла к выводу, что возобновляемые источники энергии более перспективны, чем атомная энергетика. Плутониевое топливо и реакторы-размножители сыграли серьезную роль в крушении мечты об атомной энергетике со всех точек зрения. Сейчас, когда стало возможным и экономичным использовать энергию ветра и, особенно, энергию прибрежного ветра, нет разумного обоснования для продолжения государственных инвестиций в плутониевую энергетическую технологию. Их надо немедленно прекратить.

Что касается энергетических технологий, которые близки к коммерческому использованию и подходят с точки зрения экологической и/или энергетической безопасности, государственные деньги должны быть инвестированы таким образом, чтобы это способствовало прогрессу в исследованиях и разработках с целью снижения затрат, а также инвестированию частного капитала в этой области. В качестве одного из способов снижения выбросов парниковых газов, а также для решения других экологических задач и достижения целей нераспространения крайне желательно в ближайшее время и в среднесрочной перспективе установить достаточно большое количество ветроэлектростанций. Вопрос состоит в том, каким образом нужно использовать ресурсы налогоплательщиков, чтобы минимизировать стоимость достижения этих целей.

Анализ правительственной политики в отношении поощрения развития ветровой энергетики за прошедшие годы показывает, что ежегодная покупка государственными властями и/или энергетическими компаниями заранее оговоренных объемов электроэнергии путем открытых торгов позволила бы достигнуть желаемых целей по стимулированию перехода к такому энергетическому будущему, которое было бы экологически продуманным и не создавало бы угрозы распространения. Правительство могло бы заранее указывать области, включая шельфовые районы, а частные компании участвовали бы в конкурсе на электроснабжение на период от 15 до 20 лет по установленным ценам. Это способствовало бы развитию частных программ исследований и разработок, а также выбору энергопроизводителей, проведению торгов на конкурсной основе в соответствии с их производственными показателями. Это, в свою очередь, способствовало бы эффективному использованию государственных ресурсов и систематическому снижению затрат.

В отношении США мы предлагаем, чтобы государство покупало 1 000 мегаватт электроэнергии ветра в год по крайней мере до 2010 г., когда должны будут завершиться основные работы по оценке контрактов. Площадки могли бы выбираться на основе нескольких критериев, таких как наличие и качество ветровых ресурсов, энергетические потребности в регионе, минимальное воздействие на земельные площади и на экосистемы. В условиях конкурса должен быть указан определенный период, в течение которого должно быть обеспечено гарантированное исполнение проекта.

Это в некоторой степени напоминало бы то, как в США выставляются на конкурс контракты на аренду для разведки нефтяных месторождений, с той лишь разницей, что в случае с ветровой энергией приблизительный размер ресурса уже известен. Следовательно, контракты были бы нацелены на фактическое снабжение электричеством от ветро-электростанций (а не на разведку, что является целью аренды в случае нефтяных месторождений).

Министерство энергетики США объявило, что поставлена цель к 2010 г. подключить в энергосистему страны 10 000 мегаватт ветровой энергии. Это может быть достигнуто, в основном, благодаря снижению налоговых ставок и проведению федеральной программы по закупке ветровой электроэнергии в таком объеме, чтобы ее хватило на покрытие 5% потребления электричества по федеральным правительственным программам к 2010 г. Хотя цель - значительное увеличение объема выработки ветровой электроэнергии к 2010 г. - вполне обоснована, выбранный метод может не привести к такому же снижению стоимости, что и метод, предлагаемый IEER.


В феврале 1999 г., почти месяц спустя после выхода в свет отчета IEER Ветер в сравнении с плутонием, правительство Японии объявило, что оно начинает разработку программы изучения проблем выработки электричества установками морского базирования, включая шельфовую ветровую энергетику. Японское Министерство международной торговли и промышленности, а также Министерство транспорта рассматривают возможность развития шельфовых ветродвигателей, а также установок, использующих для выработки электроэнергии как энергию ветра, так и энергию волн. Министерства планируют провести исследовательскую работу по определению нескольких участков под такие электрогенераторные установки морского базирования и надеются начать строительство около 2002 г. В критерии, в соответствии с которыми будет проводиться отбор участков, включены такие параметры, как сила ветра, права рыбаков и изменение ландшафта. Япония планирует увеличить объем производства ветровой электроэнергии с 14 000 кВт в 1996 финансовом году до 300 000 киловатт в 2001 финансовом году.