Частный детектив Филип Марлоу по своему опыту знал, что ветрам, дующим из пустыни в лос-анджелесскую низину, следует уделять особое внимание.

«В тот вечер ветер дул из пустыни, – сказал он. – Это был один из тех жарких, сухих ветров санта-ана, которые спускаются с горных перевалов и заставляют вас напрячься. Когда дует санта-ана, может произойти все что угодно»¹.

Но ни вымышленному детективу Филипу Марлоу, ни его создателю, писателю Рэймонду Чендлеру, наверное, и в голову не приходило, что калифорнийские ветра могут способствовать появлению глобальной индустрии.

Сильные ветра штата стали ключевым фактором быстрого превращения ветра в самый крупный и самый быстрорастущий источник возобновляемой энергии в мире. В США доля ветровой энергии за 10 лет выросла в 10 раз. В Германии на ветровую энергию приходится около 60 % мощностей, использующих возобновляемые источники энергии, которые были созданы за последнее десятилетие.

Хотя ветроэнергетика стала крупным бизнесом, ее доля пока еще невелика – на нее приходится всего 3 % электроэнергии, производимой в США. Она также более затратна, чем газовые и угольные электрогенерирующие мощности, правда, ее стоимость постепенно снижается.

Но надежды на расширение использования ветра очень велики. Министерство энергетики США, например, поставило цель довести долю ветроэнергетики до 20 % в производстве электроэнергии к 2030 г. А одно из исследований предсказывает, что к 2030 г. ветер будет давать 22 % всей электроэнергии, производимой в мире. Насколько осуществимы столь амбициозные цели?²

На пути развития ветроэнергетики немало препятствий. Чем более она успешна, т. е. чем больше ее доля в производстве электроэнергии, тем сложнее ее интегрировать в существующую систему. Ветер дует не все время и с разной силой. Этот источник непостоянен, и вы не можете рассчитывать на него всегда, когда он необходим. В результате ветровая энергия, как и солнечная, не очень подходит для постоянного покрытия базовой нагрузки. Когда сила ветра недостаточно велика, нужен другой источник. Иными словами, требуются дополнительные инвестиции в новые традиционные энергогенерирующие мощности. Непостоянство ветра также усложняет управление всей энергосистемой и поддержания баланса между различными источниками энергии. К тому же источники ветровой энергии, как правило, рассредоточены и зачастую удалены от населенных пунктов, что обуславливает потребность в сооружении линий электропередачи.

Сегодняшние ветрогенераторы нельзя назвать простыми, и к тому же они очень громоздки. Однако, хотя силовая электроника, средства автоматизированного управления и конструкция современного ветрогенератора высотой с 25-этажный дом довольно сложны, базовая концепция проста. Энергоресурс – ветер – предоставляется бесплатно матерью-природой. Ветра возникают вследствие вращения Земли, наличия неровностей на ее поверхности (горы, низины, океаны) и солнечного излучения – когда воздух нагревается, он расширяется, становится легче и поднимается вверх, а на его место устремляется более холодный воздух. Скорость воздушного потока при этом может быть небольшой (легкий ветерок), а может быть очень высокой (ураган). Прямое влияние солнца на температуру воздуха позволяет считать ветер одной из форм солнечной энергии.

Традиционная ветряная мельница преобразует кинетическую энергию ветра в механическую энергию. В ветрогенераторе механическая энергия преобразуется в электричество. Крупный ветрогенератор представляет собой небольшую электростанцию. Ветер, конечно, бесплатен, однако этого нельзя сказать о системе, необходимой для преобразования энергии ветра в электроэнергию и ее доставки потребителям. Сколько она стоит? Какие нужны инвестиции в другие источники энергии? Ограничивает ли это наши ожидания в отношении ветроэнергетики? Все это – предметы для дискуссий, а также часть загадки ветра – вопроса, насколько значительную роль он может играть в удовлетворении будущих потребностей в электроэнергии.

Поначалу ветер использовали в качестве движущей силы для судов – он надувал паруса и помогал гребцам. Потом, примерно 1000 лет назад, появились ветряные мельницы. Они давали механическую энергию для выполнения двух важных функций – помола зерна и подачи воды, т. е. ее подъема, орошения и отвода. Это существенно снижало потребность в изнурительном ручном труде.

В Х в., а может, и еще раньше, примитивные ветряные мельницы уже использовались в Персии, а затем распространились по всему исламскому миру, проникнув и в Китай. Ветряные мельницы стали появляться и в Европе. В средневековой Англии они олицетворяли попытку сельских предпринимателей перехитрить власть имущих того времени. Дворянство и церковь ревностно защищали свои эксклюзивные права на берега рек: там могли находиться только их водяные мельницы. Эти монополии были источником богатства и власти, потому как механический помол зерна освобождал для женщины несколько часов, которые она иначе тратила на ручное измельчение зерна для своей семьи.

В XII в. в графстве Саффолк, Англия, близлежащие берега реки, где работали водяные мельницы, контролировал аббат Самсон из аббатства Бери-Сент-Эдмундс. Чтобы обойти монополию аббата, пожилой священник по имени Херберт соорудил примитивную ветряную мельницу. Аббат Самсон, узнав, что его монополии на помол зерна бросили вызов, пришел в ярость и распорядился снести эту ветряную мельницу. Херберт в ответ сказал: «Бесплатным ветром может пользоваться любой человек». Эти слова только разъярили аббата Самсона. Ветряная мельница Херберта была разрушена³.

Но распространение технологии уже было не остановить. Ветряные мельницы стали расти, как грибы после дождя, по всей Англии и Европе. Дон Кихот, как мы знаем, с копьем наперевес сражался с «30 или более гигантами», несмотря на возражения Санчо Пансы, что «это, скорее всего, ветряные мельницы». В результате благородный рыцарь Сервантеса свалился с лошади, а этот эпизод породил изречение «сражаться с ветряными мельницами».

Ветряные мельницы стали частью ландшафта Голландии, где они использовались не только для помола зерна, но и для осушения болот и озер, благодаря чему за дамбами появились доступные для возделывания земли. В Европе ветряные мельницы использовались и для других промышленных целей – от выжимания оливкового масла и изготовления пороха до приведения в действие мехов доменных печей. Широкое использование ветряных мельниц наряду с водяными мельницами, как писал один историк, «ознаменовало начало заката традиционного мира, где человек зависел от животных или растительных источников энергии. Оно стало первым предвестником промышленной революции». По оценкам, с XIV по XIX в., до появления пара и угля, ветер давал четверть всей промышленной энергии в Европе⁴.

В 1883 г., через год после того, как заработала электростанция Эдисона на Перл-стрит, возник вопрос, может ли ветер конкурировать с углем как источник энергии для генерирования электричества? Журнал Scientific American писал: «Непонятно, почему столь доступный ресурс совершенно не находит практического применения». Также затрагивался очень важный вопрос – проблема прерывности: «Как аккумулировать электроэнергию, чтобы она поступала днем и ночью, по выходным и в будни, накапливать ее тогда, когда мы в ней не нуждаемся, и сохранять до момента, когда возникнет потребность в ней? Вот основная проблема».

«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.

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.

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.

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.

Одним из наиболее приверженных первопроходцев был Джеймс Дельсен. Его компания Zond получила свое название отчасти от зонды, ветра в Аргентине, дующего с Анд, а отчасти – от немецкого слова, которое означает «зонд».

Как и другие участники калифорнийской «ветряной лихорадки», Дельсен обнаружил, что для его финансового положения важное значение имеют налоговые льготы. Поэтому он и его коллеги накануне нового 1981 г. в неблагоприятных погодных условиях – свирепствовала снежная буря – занимались установкой на перевале Техачапи ветрогенераторов, чтобы получить право на налоговые льготы в уходящем году.

«Как только мы включали турбины, они начинали разваливаться, – говорил он. – На следующий день мы собирали обломки. Стало ясно, что нам как можно быстрее нужна более совершенная технологию»¹².

В поисках такой технологии Дельсен отправился в Европу – в Голландию. Датский инженер Финн Хансен, семья которого владела компанией по производству сельхозтехники, уговорил Дельсена отправиться вместе в Данию, чтобы поближе познакомиться с его компанией Vestas.

Несколькими годами ранее Финн Хансен решил заняться изготовлением ветрогенераторов, видя рост интереса к ветровому электричеству, который зародился еще в конце XIX в. Во время обеих мировых войн Дания в условиях частых перебоев с поставками энергоносителей большую часть своего электричества производила с использованием ветра, дувшего с моря. После Второй мировой войны ветроэнергетика уже не могла конкурировать с дешевой электроэнергией, передаваемой по централизованной системе электроснабжения. Возродившаяся датская индустрия ветроэнергетики была тесно связана с производством сельхозтехники, более того, ряд компаний, выпускавших ветрогенераторы, были членами Союза кузнецов. Датским конструкциям была присуща долговечность, надежность и прочность – качества, которые очень ценятся пользователями сельхозтехники¹³.

Имелось у датчан и еще кое-что – национальная лаборатория Рисё, расположенная во фьорде в 64 км от Копенгагена. Рисё была изначально создана с целью «продвижения мирного использования атомной энергии на благо общества».

К середине 1970-х гг. поддержка атомной энергии в Дании снизилась настолько, что некоторые члены департамента по разработке реакторов Рисё сосредоточились на исследованиях в сфере ветроэнергетики. Они занимались изучением кинетической энергии ветра, составлением атласа ветровых ресурсов Дании, а затем и Европы, а также испытывали конструкции ветрогенераторов. Рисё сыграла важную роль в развитии датской индустрии ветроэнергетики, как, впрочем, и дотации правительства. Но датский рынок ветроэнергетики поначалу составляли «главным образом длинноволосые активисты, живущие коммунами, и фермеры, которым интересны альтернативные источники энергии»¹⁴.

С приездом Джеймса Дельсена ситуация изменилась. Они с Хансеном испытали действующие установки Vestas в полевых условиях. По результатам испытаний Дельсен заключил, что установки должны выдержать неистовые ветра калифорнийских перевалов. Практически сразу же он разместил заказ на 150 ветрогенераторов, что намного превышало количество установок, произведенных Vestas до того момента. В последующие 10 лет Zond приобретала почти все ветровые установки, произведенные Vestas. Дельсен сделал очень многое для формирования рынка, способствовавшего развитию датской индустрии ветроэнергетики. Он и другие калифорнийские фирмы, которые заказывали у датских компаний ветровые установки, сделали многое для восстановления доверия к ветроэнергетике. К 1987 г. 90 % всех ветрогенераторов, устанавливаемых в Калифорнии, были датского производства.

Вот так Калифорния стала родиной современной ветроэнергетики. К середине 1980-х гг. 96 % американских инвестиций в ветроэнергетику приходилось на Калифорнию, и 90 % строительства в области ветроэнергетики в мире осуществлялось в «золотом штате»¹⁵.

Но возникли сложности. Угроза, которую вращающиеся лопасти представляли для птиц и летучих мышей, вызвала обеспокоенность у защитников окружающей среды и защитников прав животных. Против ветровых установок стали выступать и местные жители, поскольку они шумели, портили пейзаж и ухудшали состояние окружающей среды, особенно когда потрепанные ветром установки падали или разваливались¹⁶.

Бум продлился недолго. К началу 1990-х гг. калифорнийская «ветряная лихорадка» прошла: Джерри Браун уже не был губернатором, и федеральные налоговые льготы не предоставлялись. С падением цен на энергоресурсы потребность в ветроэнергетике существенно снизилась. Щедрые тарифы на основе «альтернативных затрат» были упразднены¹⁷.

Для индустрии ветроэнергетики наступили непростые времена. «Они хорошо заметны и весьма неприглядны, – писала Washington Post о ветрогенераторах в 1991 г. – Ветроэнергетика никогда не станет больше, чем дополнительным источником электроэнергии». Многие из американских ветроэнергетических компаний обанкротились, как и датская Vestas.

«Это были очень мрачные времена, – вспоминал Джеймс Дельсен. – Мы тогда висели буквально на волоске». Его компания Zond выжила только благодаря тому, что имела долю в каждом из проектов, реализацией которых она занималась, и получала стабильный доход.

Дельсен приобрел важную новую технологию, которую разработала одна обанкротившаяся ветроэнергетическая компания, – технологию регулирования скорости. «Она стала наиболее весомым техническим достижением в этой сфере за все время», – сказал Дельсен. Регулирование скорости при помощи современной электроники позволяло турбинам подстраиваться под низкую и высокую скорость ветра и поддерживать выработку электроэнергии на неизменном уровне, что способствовало стабильности работы всей энергосистемы¹⁸.

Но в середине 1990-х гг., когда индустрия ветроэнергетики уже дышала на ладан, ситуация начала улучшаться. Благодаря новым технологиям выросла эффективность и надежность ветровых установок. К тому же на первый план начали выходить экологические соображения, а ветроэнергетика имела очень важное преимущество – при ее использовании не выделялся углекислый газ. Практика предоставления налоговых льгот проектам в сфере ветроэнергетики была возобновлена, но с одним важным отличием. Теперь при определении размеров налоговых льгот принимались во внимание не инвестиции в сооружение ветрогенераторов, как раньше, а время эксплуатации, фактическая выработка электроэнергии. Позже в 1990-х гг. некоторые штаты стали вводить стандарты по возобновляемым источникам в энергетическом портфеле, которые делали обязательным определенный объем мощностей, работающих на возобновляемых источниках энергии.

В роли локомотива индустрии ветроэнергетики в США выступила Enron, крупная компания, специализировавшаяся на природном газе и электроэнергии, которая в то время была одним из новаторов электроэнергетического сектора. Роберт Келли, выпускник Военной академии США и аспирантуры Гарварда, кандидат наук по экономике, после пяти лет управления подразделением Enron в Европе вернулся в Хьюстон. Не зная, чем заниматься дальше, он решил переговорить с генеральным директором Enron Кеннетом Леем. «Мы пытались определить перспективное направление, – сказал Келли. – И подумали, а почему бы не взяться за возобновляемые источники энергии? Над миром нависла угроза глобального потепления. Ветер также был хорошим инструментом хеджирования от взлета цен на природный газ». Enron приобрела часть компании Zond. Или, как выразился Келли, «мы отвели от Zond угрозу банкротства»¹⁹.

Несколько лет спустя Enron приобрела оставшуюся часть Zond, а также немецкую компанию, усовершенствовавшую редуктор. Это позволило Enron Wind строить более крупные, более мощные ветрогенераторы, сделать свой ветроэнергетический бизнес более рентабельным и обрести репутацию ведущей ветроэнергетической компании. Но затем из-за вскрывшихся махинаций с отчетностью дела у Enron стали идти все хуже и хуже, и осенью 2001 г. компания потерпела финансовый крах.

В 2002 г. подразделение Enron, специализировавшееся на ветровой энергии, было приобретено General Electric. Для приведения ветрогенераторов в соответствие со стандартами GE и обеспечения их надежности требовались значительные инвестиции и ноу-хау. «Индустрия, по сути, пребывала в упадке, – вспоминал Виктор Абате, глава ветроэнергетического подразделения GE. – Нам нужно было все тщательно изучить и создать передовую технологию». При этом GE существенно увеличила коэффициент использования ветроэнергетических мощностей²⁰.

Тем временем в Европе ветроэнергетика переживала бум. В роли лидеров выступали Германия и Испания с их щедрыми стимулирующими тарифами: на эти страны в 2005 г. приходилось 70 % ветроэнергетических мощностей Европы.

В 2005 г. развитие ветроэнергетики ускорилось и в США под влиянием стандартов включения возобновляемых источников в энергетический портфель. С 2005 по 2009 г. установленные мощности увеличивались в среднем на 40 % в год. В абсолютном выражении такой рост был эквивалентен введению в эксплуатацию примерно 25 ядерных реакторов (но с точки зрения фактического производства электроэнергии, из-за непостоянства генерирования, он был эквивалентен введению в эксплуатацию девяти ядерных реакторов)²¹.

Китай взялся за развитие ветроэнергетики позже других. Но за относительно короткое время он вышел в лидеры по вводу в эксплуатацию новых мощностей, и по темпам роста выработки электроэнергии ветровыми установками ему еще долго не будет равных. Как пояснил Лю Чжэнья, глава Государственной электросетевой корпорации, Китай планирует построить несколько ветровых эквивалентов «Трем ущельям», т. е. существенно превзойти планы по развитию гидроэнергетики – ведь грандиозный гидроэнергетический проект «Плотина трех ущелий» пока остается единственным²².

Стремление Китая развивать ветроэнергетику обусловлено потребностью страны в новой электроэнергии любого вида, а также серьезной политической приверженностью экологически чистым источникам энергии как сектору, обладающему большим потенциалом роста. Это также позволяет снизить зависимость от угля и, соответственно, уменьшить загрязнение окружающей среды. Необходимые ветровые ресурсы у Китая есть, по большей части на северо-западе страны, в частности в провинции Внутренняя Монголия. «Многие регионы Китая страдают от очень сильных ветров, – сказал У Гуйхуэй, чиновник Национальной энергетической администрации Китая. – Люди всегда считали эти ветра стихийным бедствием, а теперь они – очень ценный ресурс»²³.

В глобальном масштабе ветроэнергетика стала серьезной индустрией, ориентированной на рост как в финансовом плане, так и в физическом. В 2012 г. мировой объем продаж ветроэнергетического оборудования составил $73 млрд. Сегодняшний стандартный ветрогенератор производит в 100 раз больше электричества, чем ветрогенератор образца 1980 г.

Лидерами глобальной индустрии ветроэнергетики являются Vestas и GE. Крупные ветроэнергетические компании есть и в развивающихся странах²⁴.

Тулси Танти управлял компанией, занимавшейся изготовлением полиэстеровой пряжи для сари и платьев, в штате Гуджарат на северо-западе Индии. В 1990 г. в гостях у своего тестя он, перелистывая журнал, увидел фотографию ветрогенератора. Ранее сталкиваться с ветрогенераторами ему не доводилось. Поскольку по специальности он был инженером-механиком, эта установка заинтересовала его. Но затем он забыл о ней. Однако он не мог забыть о серьезных проблемах своей компании, связанных с характерным для Индии отсутствием надежного, бесперебойного электроснабжения. Танти вспомнил о той фотографии и в 1993 г. сказал своим братьям: «Давайте вложим средства в ветрогенератор». Они купили установку у дилера Vestas, однако монтировать и подключать ее к системе им пришлось самим. Благодаря этому они узнали очень многое об установке и эксплуатации ветрогенераторов.

Танти увидел деловую возможность в применении ветроэнергетики для обеспечения электричеством других фабрик, которые, подобно его собственной, работали неполный день из-за перебоев в электроснабжении и нуждались в защите от роста цен на электроэнергию. В 1995 г. он основал компанию Suzlon. Он приобрел часть немецкой компании и стал поставлять ветрогенераторы (а также устанавливать их) другим текстильным фабрикам. Наконец, Танти пришел к выводу, что сооружать ветрогенераторы интереснее и выгоднее, чем изготавливать сари и платья, и в 2000 г. ушел из текстильного бизнеса. К 2011 г. Suzlon действовала в 32 странах мира. «Ветер является отличным средством защиты от дороговизны электроэнергии, – говорил Танти. – В этом вся прелесть ветра». Что же касается развития самой Suzlon, пояснил он, «лучшие идеи приходят тогда, когда вы работаете в жестких условиях»²⁵.

Китайские ветроэнергетические компании имеют два конкурентных преимущества – щедрая поддержка государства и низкозатратная производственная база. Развитию ветроэнергетики в стране также способствует требование правительства о 70 %-ной локализации производства ветрогенераторов. Западным конкурентам остается только наблюдать, как китайские компании становятся глобальными поставщиками с низкими затратами, какими они уже стали в солнечной энергетике. Китай пока что не стал крупным экспортером: китайские компании еще не имеют такой репутации в плане надежности и обслуживания, как западные коллеги. К тому же ветрогенераторы, которые, в отличие от солнечных батарей, могут весить несколько сотен тонн, непросто транспортировать.

Производить ветрогенераторы – это одно. Создавать ветропарки, т. е. приобретать земельные участки, получать разрешительную документацию, покупать установки, заключать контракты с энергокомпаниями на покупку вырабатываемой электроэнергии, – это совсем другое. Три из четырех крупнейших компаний – создателей ветропарков в мире – это испанская Iberdrola и португальские Acciona и EDP Renováveis²⁶.

Крупнейшим создателем ветропарков в Северной Америке – и вторым в мире – является компания NextEra Energy Resources, бывшая Florida Power & Light (FPL). Ее базой является Флорида, где она управляет крупнейшей в штате энергокомпанией, которая обслуживает район, включающий Майами. Деятельность ее ветроэнергетического подразделения охватывает 18 американских штатов и Канаду. Однако NextEra могла и не стать игроком индустрии ветроэнергетики – ведь Флорида располагает, пожалуй, худшими ветровыми ресурсами из всех штатов страны. Помог, как это часто бывает, случай.

В конце 1980-х гг. FPL, как она тогда называлась, осуществляла кредитование под ветроэнергетические проекты в рамках программы диверсификации. Когда для ветроэнергетики наступили тяжелые времена, некоторые из этих проектов прогорели, и FPL неожиданно обнаружила, что теперь она является собственником ветропарков. Также оказалось, что этот бизнес может приносить деньги. Как результат, FPL приобрела технические навыки, необходимые для управления ветропарками.

В конце 1990-х гг. ветроэнергетика мало кого интересовала. Всех привлекали электростанции, работающие на природном газе, и NextEra, хотя и с запозданием, тоже включилась в это движение.

Вскоре «газовый пузырь» лопнул, и ряд компаний электроэнергетической индустрии обанкротились. NextEra очень повезло, что она вошла в эту сферу позже других. Компания почти не пострадала, за исключением одного: на ней висел заказ на изготовление 30 газовых турбин для General Electric. Но тут ей снова улыбнулась удача: General Electric приобрела ветроэнергетическое подразделение Enron и теперь искала клиентов для него. Лью Хей III из NextEra сумел убедить GE заменить заказ на изготовление газовых турбин заказом на изготовление ветрогенераторов. Выиграла от этого и GE, поскольку получила в результате первые заказы на поставку ветрогенераторов.

NextEra стала приверженцем ветроэнергетики, а также крупнейшим собственником и оператором ветропарков в США. Помимо отсутствия выбросов углекислого газа и других загрязнений ветер привлекателен и экономически. Как сказал Хей, «это топливо бесплатно». Его слова поразительно перекликаются со словами Херберта, вышеупомянутого английского священника, одного из первых сторонников использования бесплатного ветра²⁷.

Но насколько большой может стать доля ветроэнергетики? Цель 20 % к 2030 г. – это столько же, сколько сегодня дает атомная энергетика.

Важное значение имеют размеры. Разработчики постоянно наращивают габариты ветровых установок. Чем больше, тем лучше, поскольку размеры трансформируются в повышение выработки электроэнергии.

В связи с этим возникает ряд проблем. Первая – как доставить крупный ветрогенератор на место установки. Еще одна проблема – как поднять его и закрепить на месте установки. Также специалистов беспокоят нагрузки на лопасти и другие компоненты. На сегодня мощность стандартного ветрогенератора составляет 2,5 МВт. Многие считают, что из-за транспортировки эксплуатация ветрогенераторов мощностью существенно больше 3 МВт невозможна, по крайней мере на суше. Сегодня основные усилия сосредоточены на усовершенствовании конструкций лопастей и силовой электроники и повышении общей эффективности, а также на разработке и использовании более легких и прочных материалов.

Еще одно ограничение – стоимость. Чтобы можно было использовать ветровые ресурсы менее высокого качества, необходимо либо снизить стоимость эксплуатации ветрогенераторов, либо найти технологию, которая позволит улавливать больше энергии ветра. Если сам ветер бесплатен, то ветроэнергетическая система – нет. Доставка вырабатываемой электроэнергии конечным потребителям может быть дорогостоящей. Если же в расчеты включить стоимость резервной установки для выработки электроэнергии, ветровая энергия может стать более дорогой, чем конкурирующие источники энергии.

Одна из проблем связана с характером потребления электроэнергии и характером ветра. Потребление электроэнергии постоянно колеблется – люди включают и выключают свет в помещениях и компьютеры, на заводах включаются и выключаются электродвигатели, а при повышении температуры воздуха летом в домах и на предприятиях включают кондиционеры. Чтобы реагировать на такие колебания практически мгновенно, энергосистеме нужна электроэнергия, которая, как говорят энергетики, является передаваемой, т. е. такие источники, электроэнергию которых можно передать по системе в течение нескольких секунд. Большинство генерирующих мощностей дают электроэнергию, являющуюся передаваемой с 95 %-ной вероятностью.

Но электроэнергию, вырабатываемую ветрогенераторами, нельзя считать передаваемой. Это усложняет задачу сравнения ветровой энергии с другими источниками. Как и в случае с солнечными батареями, мегаватт установленной ветрогенерирующей мощности дает не то же количество электроэнергии, что и мегаватт угольной электростанции. Из-за прерывности ветра фактическая выработка электроэнергии ветрогенератором – его полезная мощность – составляет лишь треть от номинальной мощности. Даже в районах с очень хорошими ветровыми ресурсами ветрогенераторы обычно вырабатывают электричество только 30–40 % времени (в отдельных районах – до 50 %). К тому же характер ветров и характер потребления электроэнергии необязательно совпадают. Во многих местах наибольшую силу ветер имеет ночью, а также весной и осенью. А пиковое потребление электроэнергии наблюдается днем, а также летом и зимой²⁸.

Вот что сказал на этот счет топ-менеджер одной калифорнийской энергокомпании: «Ветер дует, как правило, когда мы в нем не нуждаемся, – ночью. А когда становится жарко, он не дует». Ветровую генерирующую систему должна дополнять газовая генерирующая система, что существенно увеличивает расходы. С ростом индустрии ветроэнергетики прерывность ветра будет становиться все более серьезной проблемой и в Китае. Лю Чжэнья, глава Государственной электросетевой корпорации Китая, в связи с этим заметил, что многочисленные ветровые «Три ущелья», которые планируется построить, придется дополнять мощностями, работающими на природном газе, угле и атомной энергии²⁹.

Вторая составляющая затрат – это так называемые расходы на интеграцию. Ветропарки по своей природе рассредоточены и зачастую находятся в отдаленных районах. В результате, чтобы ввести ветровую электроэнергию в энергосистему и доставить ее потребителям, необходимы значительные дополнительные инвестиции в линии электропередачи. Это требует сотен миллиардов долларов и регулирования, а также ведет к ожесточенной борьбе за полосы отчуждения и к спорам между собственниками линий электропередачи³⁰.

Приоритетом номер один при управлении энергосистемой является обеспечение стабильности ее функционирования. Если не будет стабильности, энергосистема выйдет из строя, и целые регионы останутся без электричества. Это вызывает сильную обеспокоенность, особенно на фоне продолжающегося роста доли возобновляемых источников энергии.

Однако ряд специалистов утверждают, что такие препятствия, как прерывный характер и интеграция, можно устранить путем расширения и усовершенствования системы передачи электроэнергии и формирования более гибкой энергосистемы, которая может использовать рассредоточенные качественные ветровые ресурсы. «При географической рассредоточенности ветровых ресурсов их надежность выше», – сказал Джеймс Дельсен. Джон Веллингхофф, глава Федеральной комиссии по регулированию энергетики (FERC), отметил, что «многообразие ветров на побережье» означает, что США «могут получать ветровую энергию практически на постоянной основе»³¹.

Прерывность ветра является серьезной проблемой в контексте роста индустрии в будущем. Коммунальная компания штата Колорадо, отделение компании Xcel Energy, на сегодня имеет наибольшую в стране долю ветровой энергии в структуре производства электроэнергии – почти 15 %. Она пришла к выводу, что может ввести ветровое электричество в свою энергосистему без создания дополнительных резервных мощностей, если изменит практику управления другими источниками электроэнергии, в том числе угольными электростанциями. Но Колорадо, в отличие от многих других штатов, располагает качественными ветровыми ресурсами, причем неподалеку от основных населенных пунктов штата.

Существует и еще одна проблема – противодействие защитников окружающей среды. Большинство природоохранных организаций выступают в поддержку ветровой энергии, но есть и такие, которые выступают против. Они не хотят, чтобы ветропарки строились на федеральных землях и в районах с первозданной природой. Против ветропарков зачастую выступают и местные жители, которым не нравится, что ветровые установки портят вид, а их лопасти издают неприятный звук.

Противодействие строительству ветропарков со стороны местных жителей проявляется во многих странах мира. В Германии общественность в целом положительно относится к ветрогенераторам, а вот в Великобритании – нет. В Соединенном Королевстве, располагающем лучшими ветровыми ресурсами в Европе, противодействие строительству ветропарков на суше очень сильно. «Я пять лет пытался реализовать проект в Великобритании, – сказал один европейский специалист по ветропаркам. – Это был сущий ад»³².

Вопрос стоимости становится особенно актуальным при освоении нового рубежа ветровых технологий – морского. Установка ветрогенераторов в океане обеспечивает доступ к более сильному и стабильному ветру. К тому же там отсутствуют препятствия для ветров – горы, долины, здания, деревья. Европейский союз провозгласил морскую ветроэнергетику важной составляющей в контексте своей цели по возобновляемым источникам энергии, 20 % к 2020 г. В 2010 г. в Великобритании у побережья графства Кент заработал крупнейший в мире морской ветропарк стоимостью $1,2 млрд – 100 ветрогенераторов общей мощностью 300 МВт. Сегодня на морские ветропарки приходится лишь незначительная доля ветрогенерирующих мощностей Европы, но цели очень амбициозны. Великобритания планирует выйти на 18 ГВт морских ветрогенерирующих мощностей к 2020 г., а Германия за то же время – на 10 ГВт³³.

Морские ветрогенераторы могут быть гораздо крупнее, поскольку их не нужно транспортировать по дорогам. Их, как и нефтяные платформы, можно собирать в доках и затем перевозить к месту установки на баржах. Таким образом, если мощность наземных установок ограничивается примерно 3 МВт, то мощность морских установок может достигать 7–10 МВт. Некоторые из разрабатываемых сегодня ветровых установок настолько велики, что будут иметь вертолетную площадку.

Однако достичь целей ЕС очень непросто. Стоимость морских ветропарков, по оценкам, в два-три раза превышает стоимость наземных. К тому же в открытом море технические сложности возрастают многократно в силу суровости окружающей среды.

Установить такие гиганты на морском дне очень нелегко. Их также необходимо переработать – «адаптировать к морским условиям». Они должны противостоять постоянному воздействию приливов и волн, соли, ветров и штормов. Серьезной проблемой является коррозия, а также угроза проникновения воды внутрь и повреждения ею электроники. Помимо этого, морские установки гораздо сложнее ремонтировать. На то, чтобы выйти в неспокойное море и починить поврежденный редуктор, может уйти до шести недель, что приведет к существенному уменьшению выработки электричества. «Это довольно парадоксальная ситуация, – сказал один производитель ветрогенераторов. – Вы выбираете самые ветреные места, но вам приходится ждать, пока ветер стихнет и погода улучшится, чтобы попасть туда». Стоимость интеграции тоже выше. Требуются долговечные кабели для соединения установок с подстанцией и с сушей. Эти кабели должны быть значительно более стойкими, чем наземные кабели, что, несомненно, повысит стоимость интеграции³⁴.

Даже приблизиться к достижению задекларированных целей по морской ветроэнергетике Европе будет нелегко, особенно в намеченные сроки. Для продвижения морской ветроэнергетики будут вводиться стимулирующие тарифы и прочие дотации в сочетании с регулированием. «Морская ветроэнергетика состоится, – сказал один европейский специалист по ветропаркам. – Состоится благодаря силе воли правительств»³⁵.

Несмотря на прогресс и знания, приобретенные более чем за три десятилетия, ветроэнергетика как индустрия пока еще делает первые шаги. Но ее доля определенно будет расти, поскольку правительства и общественность склоняются к электроэнергии, производимой без выделений углекислого газа. Это одна из альтернатив, которые могут давать электроэнергию сегодня. Новые программы исследований нацелены на разработку технологий, оптимизацию эксплуатации и производства, повышение гибкости энергосистемы и снижение стоимости.