Ученый Намик Исмаилов: «Мир на пороге прорыва в альтернативной энергетике»
Генеральная Ассамблея ООН по инициативе ряда научных организаций официально объявила 2015 год Международным годом Света и Световых технологий.
Цель организаторов - донести до широких масс понимание важности света в нашей жизни (есть регионы, где источников света или слишком мало, или нет вообще), повысить осведомленность населения планеты о том, как световые технологии могут содействовать решению глобальных социально-экономических проблем.
Под эгидой ЮНЕСКО проводится большая просветительская работа, в которой принимают участие крупные ученые, научные организации, бизнес-структуры, вузы и т. д. Научные интересы директора научно-технического предприятия «ИНТЕЛЛЕКТ» (Азербайджан), главного эксперта по наукоемким технологиям компании SCIENCE & TECHNOLOGY GROUP LLC (штат Мэриленд, США), являющегося, по отзывам коллег, одним из ведущих ученых в области математического и компьютерного моделирования реальных процессов, особенно в авиационной и ракетно-космической технике, с определенного времени простираются и в область альтернативной энергетики (АЭ).
Намик Исмаилов имеет ученые степени доктора философии по математике и доктора философии по компьютерным наукам, с 1998 года избран академиком Международной Академии наук «Проблемы интеллектуального развития». Корреспондент «БР» попросила его ответить на интересующие редакцию вопросы.
- Намик муаллим, 2015 год объявлен ООН Международным годом Света и Световых технологий. С чем это связано?
- С просветительской деятельностью различных научных организаций мира совместно с ЮНЕСКО, которые добились того, что ООН признала, насколько необходимо информировать мировую общественность о том, каким образом на основе световых технологий решается целый спектр глобальных проблем в области энергетики, науки и образования, здравоохранения, сельского хозяйства, а также как важно содействовать науке, изучающей свет.
В связи с этим по всему миру проводятся серии различных мероприятий. Согласно сообщению пресс-службы ООН, считается, что в XXI веке эти технологии призваны оказать такое влияние, какое в XX веке оказала электроника.
Текущий, 2015 год, выбран также и потому, что на него приходится много разных юбилеев: 1000 лет работам по оптике Ибн аль-Хайсама, 200 лет введения Огюстеном Френелем понятия световой волны; 150 лет электромагнитной теории Джеймса Максвелла о распространения света; 110 лет теории фотоэлектрического эффекта от самого Альберта Эйнштейна; и два юбилея открытий американских физиков, лауреатов Нобелевской премии: 50 лет открытия Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном космического микроволнового фонового излучения и 50 лет успеха Чарльза Као в волоконно-оптической связи на основе передачи света.
Ряд направлений альтернативной энергетики (АЭ), особенно одно из очень перспективных – солнечная энергетика, а также вопросы энергоэффективности и энергосбережения имеют к этому самое непосредственное отношение.
- В прошлом году на семинаре в Западном университете, который проводила Ассоциация культуры Азербайджана «Симург», вы выступили с докладом о науке как феномене культуры. Анализируя основные приоритетные направления современной мировой науки, первой в их ряду вы назвали альтернативную энергетику. Поясните, пожалуйста, в чем ее актуальность с вашей точки зрения.
- Я убежден в том, что исследования проблем АЭ и ее развитие затрагивают глобальные проблемы будущего всего человечества. Ведь энергия, наряду с водой и пищей, является одним из важнейших источников жизни, и в условиях формирования нового типа современной техногенной цивилизации АЭ – главный фактор экологической и энергетической безопасности, а также ключ к решению большого числа научно-технических и социально-экономических проблем, порожденных вызовами XXI века.
В АЭ сейчас самый настоящий бум, и об этом говорят сами события, происходящие в этой отрасли в наше время. Приведу несколько наиболее ярких и впечатляющих примеров. Недавно в Нидерландах запущена в эксплуатацию велосипедная дорожка SolaRoad, состоящая из солнечных панелей, заменяющих асфальт. Энергии от 70-метрового участка хватает на энергообеспечение трех жилых домов.
В Дании запущен ветрогенератор рекордной мощностью 8 МВт, он один может обеспечить энергией 7500 средних европейских домохозяйств. В Шотландии возводится крупнейшая в мире приливная электростанция проектной мощностью в 400 МВт. В штате Калифорния (США), открылась гигантская солнечная электростанция Topaz Solar Farm мощностью 550 МВт. Электричества, генерируемого этой станцией, хватает почти на 200 тысяч домов.
Много новшеств и в такой широкой сфере, как АЭ, на транспорте. Почти все лидеры автопрома представили свои концепты электрического и водородного автомобиля. Здесь лидирует Япония, поскольку началась продажа первого в мире серийного автомобиля с водородным двигателем Toyota Mirai, само название которого весьма символично. Mirai в переводе с японского означает «будущее».
Что характерно, Toyota раскрывает суть собственных патентов на изобретения совершенно бесплатно, объясняя это тем, что рассчитывает на создание конкуренции в производстве автомобилей на водороде. «Одна компания не может создать новое общество, этим должен заниматься весь мир», – говорит президент компании Акио Тойода.
Ранее это сделал вошедший в список наиболее влиятельных людей XXI века известный молодой американский изобретатель и инвестор, миллиардер Илон Маск, раскрыв патенты электромобиля Tesla.
Появились автомобили на солнечной энергии, которые уже имеют скорости более 100 км в час, а запас хода - 1000 км. Созданы даже беспилотные и пилотируемые самолеты на солнечной энергии, совершающие дальние и длительные полеты. Продолжаются исследования и в оригинальных направлениях АЭ.
Удачные эксперименты в Японии по передаче энергии на расстояние приближают к реальности проекты создания космических солнечных электростанций. Успешно проходят испытания ветрогенераторы на аэростатах, поднятых на большую высоту, где почти всегда стабильный сильный ветер. Кстати, ядерные технологии нового поколения тоже относятся к АЭ, и самое ожидаемое событие осенью этого года ‑ эксперименты по термоядерному синтезу в штате Мэриленд, США, ведь успех этого эксперимента может в течение десятилетия изменить всю мировую энергетику.
Этот внушительный список важных событий в АЭ можно долго продолжать, но знаковым я считаю следующее: в 2014 году в США зафиксировали важнейший факт – стоимость электроэнергии, выработанной с помощью возобновляемых источников, а именно на солнечных и ветряных станциях, стала ниже цены электричества, полученного на традиционных угольных и газовых электростанциях.
Приведенные выше примеры убедительно показывают успехи в АЭ и еще раз подчеркивают актуальность исследований во всех аспектах этой новой отрасли.
И если раньше переход на АЭ воспринимался как жертва, на которую идут правительства и компании ради сохранения планеты, то сегодня позиция изменилась: теперь переход на АЭ становится рентабельным, и такие компании имеют репутацию передовых социально ответственных производителей и создают новые рабочие места.
- А с чего начиналась история АЭ?
Об АЭ сейчас очень много говорят и создается впечатление, что эта отрасль стала формироваться лишь в последние десятилетия, но по большому счету ей уже несколько тысяч лет. Каждый из видов АЭ имеет глубокую историю. Проследим это на примере солнечных батарей. Само явление фотогальванического эффекта было открыто в 1839 году Александром Беккерелем, в 1921 году Альберт Эйнштейн уже дал объяснение эффекта, за что и получил Нобелевскую премию по физике в 1923 году.
25 апреля 1954 года в США заявили о создании первых солнечных батарей на основе кремния, а в марте 1958 года там уже был запущен первый спутник с солнечными батареями — Vanguard 1, и спустя всего два месяца в СССР был запущен Спутник-3 также с солнечными батареями. Но только в 1983 году заработала первая гелиоэлектростанция на солнечных батареях мощностью более 1 МВт.
А к концу 80-х годов в Европе уже наладилось серийное производство солнечных панелей, но до сих пор многие из них имеют коэффициент полезного действия (КПД) чуть больше 20 %, а потому и продолжается научный поиск по их усовершенствованию. Новое поколение солнечных батарей имеет уже продленный ресурс эксплуатации более 20 лет, и в лабораторных условиях их коэффициент полезного действия (КПД) достиг 46%, не говоря уже о том, что появились различные новые солнечные элементы, например, даже прозрачные.
А это в будущем уже даст новые технологии в строительстве, когда и оконные стекла можно будет использовать для получения энергии.
- В каких же формах альтернативная энергетика существовала в древности?
- Что касается истории других направлений АЭ, то она еще более глубокая. Всем из истории известно, что человек с древних времен пользовался солнечным теплом для обогрева и силой ветра на парусных судах и ветряных мельницах. Но многие, кто даже знает о биогазовых установках, удивятся, если узнают, что Китай является единственной страной в мире, где биогаз используется с древних времен.
Трудно поверить, но данные о первых использованиях биогаза в Китае относятся к началу XXVI века до нашей эры, т.е. более 3500 лет назад! Есть примеры и у нас в Азербайджане, где много веков термальную воду (исти су) использовали не только для лечебных целей, но и для отопления по принципу «теплового насоса». Такая баня была и в Баку в Ичери шехер, это тоже своеобразная попытка использования АЭ. Есть и другие примеры из древности, ведь человечество всегда беспокоили вопросы добычи энергии наиболее дешевым способом и с минимальными затратами, но бурное развитие этой отрасли началось, конечно же, в двадцатом столетии.
А что касается их все более возрастающей актуальности на сегодняшний день, то это связано с сильным экологическим движением по всему миру. Все уже понимают, что если продолжать так варварски потреблять энергию, - а ее потребление катастрофические растет с каждым годом, - то человечеству грозят большие проблемы, связанные с нарушением экологии и об этом уже сейчас много говорят.
- НА сегодня ли в каких-то странах мира уже имеются серьезные практические достижения в АЭ?
- Я уже приводил примеры таких достижений, а в целом, сейчас развитие АЭ наблюдается по всему миру, но лидерами являются такие страны, как США и Канада, Германия, Дания и Испания, в Азии серьезно за АЭ взялись Япония, Китай и Индия. Эти страны не только развивают почти все направления АЭ научно и технологически, но и являются основными ее производителями.
Но есть интересные примеры успехов АЭ и в малых странах, например, весной этого года Коста-Рика, маленькое государство в перешейке между Северной и Южной Америкой, впервые в мире 75 дней подряд на все 100% пользовалась только возобновляемыми источниками энергии, не используя импортируемого в страну ископаемого топлива.
Хотелось бы заметить, что, начиная с 1930-х и вплоть до 1970-х годов, Советский Союз был одним из мировых лидеров в АЭ, причем, как в создании оригинальных и амбициозных научно-технических проектов, так и в их практической реализации, но открытие и разработка собственных крупных месторождений нефти и газа и последующее снижение себестоимости углеводородного топлива лишили СССР стимулов развития АЭ, что и привело в дальнейшем к отставанию Советского Союза, а потом и образовавшихся постсоветских стран от передового мирового уровня в этой сфере. На это повлияли еще социальные и экономические кризисы 90-х годов, вызванные последствиями развала крупнейшей державы.
Чтобы показать, что именно сейчас в мире происходит серьезный поворот к АЭ, достаточно привести такой факт: в странах Евросоюза в 2013 году среди вновь введенных генерирующих мощностей 72% относились к возобновляемой энергетике, в 2014-м эта доля возросла почти до 80%, а всего десятилетие назад она не превышала и 20%. Скоро подобное будет происходить не только в Европе, но и по всему миру, вот тогда это и будет мировая энергетическая революция.
- Вы можете сказать, какой из видов АЭ предпочтительнее?
- Не существует в АЭ универсальных рекомендаций по использованию того или иного вида источника энергии или способа ее накопления и хранения. Все решается для конкретного проекта с учетом места, целей и задач создания энергетического объекта, а также связано с режимом использования получаемой энергии. Это комплексная задача со многими определяющими параметрами.
Но, в целом, я ратую за комбинирование возобновляемых источников энергии двух и более видов на базе гибридных электростанций, поскольку они позволяют решить сразу несколько задач. А в качестве накопителя ‑ я за использование устройств на водородных технологиях, которые долговечны и способны хранить энергию аж до 25-30 лет и более. Кстати, в гибридных моделях можно сочетать альтернативную и традиционную энергетику, и тогда они не конкурируют, а дополняют друг друга, что повышает надежность и КПД всей системы.
Приведу примеры. Представьте себе побережье азербайджанского сектора Каспийского моря, где дуют достаточно сильные ветры, жарко светит солнце, есть источник морской воды, и мы можем использовать энергию волн. Аналогично этому можно взять атлантическое побережье США, где также дуют ветры, имеется хорошая инсоляция и можно использовать энергию мощной океанской волны и течений, вызванных приливами и отливами. Такая ситуация может быть и на побережье Средиземного моря, особенно на островах, например, на Кипре. Во всех этих случаях самым оптимальным будет создание гибридной станции АЭ, использующей все три источника энергии - солнце, ветер и волны, - каждый из которых вносит свою лепту в генерацию энергии.
А про источники воды я не зря упомянул, так как вода нам нужна будет для получения водорода, который можно использовать для накопления и хранения энергии. Если же в этих местах есть еще и проблемы с питьевой водой (кстати, это очень актуально на Кипре), то в систему можно еще включить и опреснитель воды, что даст дополнительный эффект и улучшит экономические показатели всей системы. Уверяю вас, такая система в целом будет очень надежным энергетическим объектом и экономически целесообразным.
Только при этом нужно оптимально подобрать типы устройств для соответствующих источников энергии и их долю в генерации, а это уже зависит от их основных ресурсных показателей для данной местности. Ну и, конечно же, управлять таким сложным многокомпонентным энергетическим сооружением должна единая комплексная автоматизированная система, построенная на базе математической модели всех процессов и современных информационно-компьютерных технологий.
- Создается впечатление, что АЭ – это важная, но и сложная наукоемкая отрасль.
- С этим трудно не согласиться, но заметьте, в формате газетной статьи мы смогли затронуть лишь небольшую часть проблем АЭ, их много, но все они имеют или найдут в будущем свое решение, если к ним подойти с научной точки зрения, глубоко и объективно изучая их во всех аспектах. А инструмент у современной науки в высоких технологиях – это математика. Только на основе глубокого и всестороннего изучения процессов на базе математического и компьютерного моделирования, можно досконально изучать явления и находить оптимальные решения, да и сам этот поиск тоже является математической задачей.
- Что бы вы хотели сказать в заключение нашей беседы?
- Мы затронули вопросы, к которым сейчас имеется повышенный интерес во всем мире, от малых островных государств до сверхдержав. Анализируя большой объем информации о новостях и успешных проектах в АЭ, сообщения ученых на различных конференциях и статьи в научных изданиях, можно смело сказать, что мы находимся на пороге долгожданного прорыва в этой области, но дать его может только фундаментальная и прикладная наука в тесном взаимодействии с практикой.
И в этом благородном деле, которое позволит получать всю необходимую нам энергию, но при этом и сохранить Землю экологически чистой, нам не обойтись без широкого международного научно-технического сотрудничества. Здесь также крайне необходима и просветительская деятельность, борьба со стереотипами в сознании многих людей, а это уже не только научно-техническая, но и культурологическая проблема – важнейший аспект внедрения новых технологий.
И коль уж это новая отрасль, то ей нужны и специалисты нового поколения, для их подготовки большое значение имеет связь науки с образованием. Я считаю, что в вузах и колледжах должен обязательно преподаваться курс «Альтернативные источники энергии», как это делается сейчас во многих университетах за рубежом. А во многих странах даже для маленьких детей есть игрушки и конструкторы с элементами АЭ, которые помогают им привыкать к новой среде, в которой им суждено жить в будущем.
- Спасибо за интересную беседу.
Интервью вела Франгиз ХАНДЖАНБЕКОВА
