Дэвид К. Гарман, "ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ И НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ," Экономические перспективы, май 2004 г.

Дэвид К. Гарман, помощник министра
Отдел эффективности энергии и возобновляемых источников
Министерство энергетики США

Энергия - это источник жизненной силы современных государств, основа высокого уровня жизни, развитой экономики и национальной безопасности. Хотя более высокая эффективность существующих источников энергии имеет большое значение в краткосрочной перспективе, Соединенные Штаты, подобно другим странам, должны обращать свои взоры на технологии "следующего поколения", такие как водород и нанотехнология, чтобы удовлетворять растущий спрос на чистую, обильную, надежную и дешевую энергию для всех людей.

Стратегический подход Соединенных Штатов к энергетическому сектору изложен в Национальной энергетической политике (НЭП) Президента Буша, опубликованной в мае 2001 года. В этом документе внимание обращается на то обстоятельство, что в основе энергетического вызова, стоящего перед нашей страной, лежит серьезный дисбаланс между внутренним предложением энергии в США и внутренним спросом на энергию. Проблема состоит в том, что Соединенные Штаты потребляют гораздо больше энергии, чем производят, и что наша зависимость от импортируемой энергии усиливается с каждым годом. НЭП также определяет направления нашей деятельности, указывая на то, что мы можем предпринять в решении этой проблемы.

Наша текущая энергетическая экономика характеризуется рядом черт:

Повышение эффективности использования нефти и поиск новых внутренних источников нефти являются важными краткосрочными задачами. Однако в долгосрочной перспективе, в конечном счете, требуется найти вариант, не зависящий от нефти.

Энергетический вызов, стоящий перед Соединенными Штатами, еще более усложняется и другим важным фактором - загрязняющими веществами и выбросами двуокиси углерода как результат нашего использования энергии. Хотя мы добились большого прогресса в сокращении выбросов загрязнителей из наших автомобилей и грузовиков, а также предприятий, жилых домов и других стационарных источников, потребуются новые подходы к энергетике, чтобы достичь дальнейшего сокращения выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду.

Отдел эффективности энергии и возобновляемых источников (ОЭЭВИ) в Министерстве энергетики возглавляет в рамках федерального правительства исследования, разработки и усилия по использованию биомассы, геотермальной, солнечной, ветряной энергии и других возобновляемых видов энергии и технологий по повышению эффективности энергии с тем, чтобы обеспечить надежную, дешевую и экологически разумную энергию для Америки в будущем. В результате инвестирования миллиардов долларов в исследования, демонстрационные проекты, налоговые механизмы и другие меры на протяжении последних трех десятилетий достигнут огромный прогресс в повышении эффективности использования энергии в нашей экономике и в обеспечении рынка возобновляемыми энергетическими технологиями. В то время как наши инвестиции и инвестиции наших партнеров по отрасли, начинают приносить результаты, и это сопровождается существенным понижением стоимости и повышением эффективности указанных технологий, предстоит сделать гораздо больше, чтобы встретить существующие энергетические вызовы.

Разработка энергетической технологии следующего поколения, такой как водород, могла бы в значительной мере сократить зависимость Соединенных Штатов от импорта энергии, особенно в секторе транспорта. Учитывая, что водород является не источником энергии, а, скорее, носителем энергии, его можно получать из всех первичных энергетических источников, включая природный газ, уголь, ядерную энергию и возобновляемую энергию. Водород может использоваться как топливо для сверхчистых двигателей внутреннего сгорания, что сократит автомобильные выхлопы более чем на 99 процентов. И когда водород используется для того, чтобы приводить в действие автомобили, работающие на топливных элементах, он делает это в два раза более эффективно, чем современные двигатели на бензине и без каких-либо вредных выхлопов в атмосферу. Действительно, единственные побочные продукты топливных элементов - это чистая вода и некоторые излишки теплоты. Водородные топливные элементы также могут использоваться в стационарных условиях, обеспечивая электроэнергию для квартир, офисов, коммерческих центров и прочих зданий.

После опубликования Национальной энергетической политики Президент Буш и министр энергетики Спенсер Абрахам изложили ряд инициатив, касающихся водорода. Наиболее известными инициативами стали: партнерство ФридомКАР, объявленное в январе 2002 года; Инициатива водородного топлива, объявленная Президентом Бушем в Послании Конгрессу о положении страны в январе 2003 года; и "ФьючерГЕН", объявленный в феврале 2003 года проект с использованием электричества, вырабатываемого при нулевом выбросе сгораемого угля и с использованием водородной энергетической установки, который включает секвестр - захват и хранение - эмиссионного тепличного газа. В своем послании о положении страны в 2003 году Президент Буш объявил о том, что "с помощью этого нового национального обязательства наши ученые и инженеры преодолеют трудности и доставят из лаборатории в демонстрационный зал новый автомобиль. Это будет первый автомобиль - водить его будет тот, кто сейчас ребенок, - который будет использовать в качестве горючего водород без каких-либо загрязнителей". Все указанные инициативы содействуют национальному подходу, предусматривающему развитие водородной экономики посредством развития необходимых передовых технологий производства водорода, его доставки, хранения, конверсии и видов применения.

Роль федерального правительства заключается в том, чтобы ускорить развитие использования водорода и топливных элементов, чтобы дать промышленности возможность принять решение о коммерциализации к 2015 году. Но изготовление и маркетинг передовых автомобилей с использованием топливных элементов или иных передовых технологий будут уже зависеть от промышленности. Утверждение такой перспективы потребует сочетания технологических "прорывов", принятия новинки рынком, а также крупных инвестиций в национальную инфраструктуру водородной энергетики. Успех не придет завтра или даже в ближайшие годы, но потребует десятилетий. И это будет стабильный процесс с завершением конкретных этапов использования водорода по мере готовности технологий и рынков.

Помимо того, что необходимо удовлетворить важнейшие потребности в энергии для целей транспорта, есть также потребность в повышении эффективности использования энергии в других секторах, таких как строительство. С ростом населения и совершенствованием удобств, требующих больше электричества, потребление энергии в американских домах и зданиях растет. Потребуются новые технологии для нового поколения зданий, которые будут эффективными, комфортабельными и более простыми в использовании и эксплуатации. Например, использование освещения, основанного на принципах твердого тела, когда используются полупроводниковые диоды, испускающие свет (LEDs), является революционной технологической инновацией, обещающей изменить то, как мы освещаем наши жилища и конторы. В Соединенных Штатах на освещение уходит примерно 30 процентов всего электричества, производимого для зданий. Современные флуоресцентные лампочки с электронным балластом являются гораздо более эффективными, чем лампочки накаливания, и сегодня они остаются стеклянными колбами, заполненными газом, в известной мере похожими на вакуумные трубки последнего поколения электроники. Светоизлучающие диоды (LEDs) для флуоресцентных ламп - это то же самое, чем явились транзисторы для вакуумных трубок, или то же самое, чем автомобиль стал для гужевого транспорта.

С точки зрения долгосрочной перспективы, исследования в США сосредоточились на "зданиях с нулевой затратой энергии", которые в среднем фактически могли бы производить больше энергии, чем потреблять - сочетая высокоэффективной дизайн с технологиями топливных элементов, солнечной, геотермальной энергии и с другими новейшими технологиями распределения и "со-генерации" энергии. В настоящее время солнечные элементы, преобразующие солнечный свет непосредственно в электричество, известные под названием "солнечные элементы", помогают удовлетворять потребности зданий в энергии посредством тонких панелей солнечных элементов, расположенных на крышах, а также обеспечивающих электроэнергию для различных потребностей в энергии, которые не удовлетворяются за счет электроснабжения. Ресурсы распределенной энергии (РЭ) представляют собой многообразие мелких, модулярных технологий, генерирующих энергию, которые могут сочетаться с системами управления и накопления энергии и использоваться для совершенствования управления системой электроснабжения, независимо от того, связаны эти технологии с электрической сетью или нет.

Министерство энергетики по-прежнему активно работает в области нанотехнологии и развития. Наноматериалы - как правило, в размере одной миллиардной доли одного метра, иными словами, в тысячу раз тоньше человеческого волоса - предлагают другие химические и физические свойства тех же материалов в большом объеме и обладают потенциалом для создания новых технологий. По словам министра энергетики Абрахама: "Эта новая наука очень маленьких вещей может революционизировать то, как мы производим, используем и поставляем энергию". Некоторые наноматериалы свидетельствуют о том, что есть перспективы для изготовления более эффективных солнечных элементов и катализаторов следующего поколения и мембран, которые будут использоваться для водородных топливных элементов. В силу их наномасштабного размера и отличной проводимости углеродные нанотрубки, по сути дела листья графита, намотанные на чрезвычайно узкие трубы диаметром в несколько нанометров, изучаются в качестве возможных строительных блоков будущих электронных приборов. Намотанные в виде кабеля, углеродные нанотрубки могли бы позволить создать линии электропередач с существенно лучшими показателями по сравнению с нынешними линиями передачи электричества.

Это лишь несколько примеров того, как новые технологии создают перспективы совершенно нового будущего в области энергетики.

ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГИИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

Усилия в области разработки энергетических технологий, основанных на водороде, и других революционных энергетических технологий могут принести плоды в отдаленном будущем. Но усилия в рамках повышения эффективности энергии и совершенствования возобновляемых источников энергии могут дать результаты в ближайшем будущем. В соответствии с программой "ФридомКАР" и Технологий транспортных средств мы финансируем гибридную (газолино-электрическую и дизельно-электрическую) технологию и технологии легких по весу материалов в дополнение к технологиям водородных топливных элементов. Мы полагаем, что многие из этих технологий обеспечат экономию топлива как до, так и после введения транспортных средств с топливными элементами, ибо ожидается, что легковесные материалы и гибридные технологии будут включены в проекты транспортных средств с топливными элементами. Помимо этого мы финансируем исследования и разработки, чтобы повышать эффективность энергии в обрабатывающей промышленности и других областях, в домашних приборах, в зданиях, а также при передаче и распределении электроэнергии.

В этой области также активно поддерживает исследования и разработки с целью совершенствования технических характеристик и конкурентоспособности ряда технологий передачи возобновляемой энергии, такой как ветряной, солнечной, геотермальной энергии и энергии биомассы. Например, ветряная энергия является одним из наиболее широко используемых и быстро растущих возобновляемых источников энергии в мире. С 2000 года мощности установленных ветряных турбин по производству электричества более чем удвоились в Соединенных Штатах. В результате исследований, финансируемых Министерством энергетики, стоимость генерирования электричества с помощью ветра сократилась примерно в 20 раз с 1982 года до 4 или менее центов за киловатт/час в районах с отличными ветряными ресурсами. По мере того, как эти ресурсы внедряются в промышленную эксплуатацию, исследовательские программы министерства переориентируются на новую технологию, которая позволит более эффективно и более широко использовать ресурсы ветра с более низкой скоростью. Технология с использованием "низкой скорости ветра" позволит расширить имеющиеся площади (и, возможно, и оффшорные) районы для разработок с использованием ветра, позволяющих повысить эффективность генерирования энергии более чем в 20 раз.

МЕХАНИЗМЫ, СОДЕЙСТВУЮЩИЕ ИССЛЕДОВАНИЯМ И РАЗРАБОТКАМ В ОБЛАСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

Министерство энергетики использует целый ряд механизмов инвестиций, политики и других возможностей для содействия исследованиям и разработкам, включая прямые инвестиции в исследования и разработки, партнерства с частным сектором, базовые научные исследования, инвестиционные и производственные налоговые льготы, гарантии под кредиты, используя при этом "рыночное воздействие" покупательной способности правительства, а также повышение уровня информированности потребителей и программы помощи. Администрация продолжает поддерживать всеобъемлющее законодательство в области энергии, которое будет содействовать эффективности энергии и возобновляемых источников, включая производственные налоговые льготы для возобновляемых источников, стандарт возобновляемых видов топлива для поддержки получаемого из биомассы этанола и биодизеля, а также ряд других положений, касающихся эффективности энергии. В дополнение к усилиям федерального правительства, правительства штатов проводят ряд мер, содействующих использованию возобновляемых и других технологий, таких как "чистые замеры", которые позволяют потребителям генерировать свою собственную возобновляемую энергию и продавать любые излишки энергии частным энергетическим компаниям. Все больше американцев могут делать выбор в пользу получения электричества через программы "зеленой энергии", в которых используется ряд возобновляемых энергетических источников, включая ветер, солнечное излучение, биомассу и геотермальную энергию. В национальном масштабе уже достигнуты (или планируются) 1000 мегаватт "зеленой энергии", поскольку растет потребительский спрос на подобную энергию на рынках.

В силу того обстоятельства, что значительная часть мира сталкивается с теми же вызовами в области энергетики, что и Соединенные Штаты, технологические достижения американских компаний также пойдут на пользу и другим странам. Более того, оказание помощи развивающимся странам в более эффективном использовании энергии и в разработке альтернативных источников энергии может позволить им совершить скачок и начать использовать самые передовые технологии в энергетике. Министерство энергетики имеет многочисленные двухсторонние и односторонние соглашения по развитию энергетических технологий с другими странами, включая недавно созданное Международное партнерство по водородной экономике (МПВЭ), для содействия исследованиям, разработкам и демонстрации водородных технологий и ускорения конверсии мировой экономики в экономику, использующую экологически чистые водородные технологии. Базовый документ, формально учрежденный МПВЭ, был подписан министром энергетики США Абрахамом и министрами, представляющими 14 других стран и Европейский союз в ноябре 2003 года. Международное партнерство по водородной экономике (МПВЭ) обеспечит механизм организации, оценки и координации многосторонних исследований, разработок и программ развертывания, которые ускоряют переход к глобальной водородной экономике.

Министерство энергетики также является частью международной инициативы по изменению климата, известной под названием "Форум лидеров за сокращение содержания углерода" (ФЛСУ), цель которого в том, чтобы содействовать развитию усовершенствованных "хозрасчетных" технологий, "улавливающих" и хранящих выбросы углерода. Хартия по ФЛСУ была подписана в июне 2003 года и в настоящее время включает в себя 16 участников, производящих и потребляющих уголь. Сокращение содержания углерода является приоритетом для Соединенных Штатов, ибо ископаемые виды топлива (потребление которых ведет к образованию двуокиси углерода) будет и дальше оставаться самым надежным и самым дешевым источником энергии в обозримом будущем.

Другие инициативы включают Международный форум "Четвертого поколения", в рамках которого министерства сотрудничают с группой международных правительственных организаций по содействию двустороннему и многостороннему сотрудничеству по разработке новых систем ядерной энергии. Соединенные Штаты также присоединились к Международному термоядерному экспериментальному реактору (МТЭР), проекту по разработке ядерного синтеза в качестве будущего источника энергии. Хотя технические препятствия на пути к ядерному синтезу носят сложный характер, перспектива решения этой задачи является слишком многообещающей, чтобы ее можно было игнорировать.

Соединенные Штаты и другие страны стоят перед рядом вызовов в деле обеспечения чистых, обильных, надежных и дешевых источников энергии для своих граждан. Политика США сосредоточена на том, чтобы совершить скачок в разработке технологии следующего поколения, основанной на водороде, и одновременно работать над повышением эффективности использования энергии, над альтернативами ископаемым видам топлива и над более чистыми, невозобновляемыми альтернативами, ибо все эти направления являются необходимыми элементами энергетической картины будущего.