Цифры не лгут. 71 факт, важный для понимания всего на свете

Сегодня все наши надежды связаны со светодиодами. Светодиоды были изобретены в 1962 г. и на тот момент излучали только красный свет; через десять лет появились зеленые, а в 1990-х гг. – синие светодиоды повышенной яркости. Покрывая такие синие светодиоды флуоресцентными люминофорами, инженеры смогли преобразовать часть синего света в более теплые тона и таким образом получить белый свет, пригодный для внутреннего освещения. Теоретический предел для яркого белого светодиода составляет около 300 лм/Вт, но современным бытовым лампам до него еще очень далеко. Компания Philips продает в Соединенных Штатах – стандарт сетевого напряжения здесь 120 вольт (В) – 18-ваттные лампы мягкого белого света и лампы регулируемой мощности (замена 100-ваттных ламп накаливания) со светоотдачей 89 лм/Вт. В Европе, где напряжение сети находится в диапазоне от 220 до 240 В, Philips предлагает светодиодные лампы со светоотдачей 172 лм/Вт (замена европейских 1,5-метровых флуоресцентных труб).

Высокая эффективность светодиодов уже привела к существенной экономии электричества во всем мире; кроме того, такие лампы способны работать по три часа в день в течение двадцати лет, а если вы забыли выключить свет в доме, это почти не отразится в счете за электроэнергию. Однако, как и все остальные источники искусственного освещения, они не обеспечивают спектр излучения, сравнимый с естественным. Лампы накаливания дают слишком мало синего света, а флуоресцентные почти не излучают красного; у светодиодов недостаточная интенсивность в красной части спектра и избыточная – в синей. Их свет не слишком приятен для глаза.

С 1880-х гг. светоотдача искусственных источников света увеличилась на два порядка, но мы по-прежнему не умеем воспроизводить в помещении солнечный свет.

Аккумуляторы все большей емкости: зачем?

Было бы гораздо легче расширить использование энергии солнца и ветра, если бы мы обладали более совершенными способами хранения большого количества электроэнергии, чтобы скомпенсировать прерывания в ее потоке.

Даже в солнечном Лос-Анджелесе стандартный дом с установленными на крыше фотовольтаическими панелями, которые обеспечивают его потребности, все равно столкнется с серьезной дневной нехваткой до 80 % в январе и дневным переизбытком на 65 % в мае. Такой дом можно отключить от сети электроснабжения, только если установить громоздкий и дорогой комплект литий-ионных аккумуляторов. Даже маленькая национальная сеть электроснабжения – мощностью от 10 до 30 ГВт – может полагаться на непостоянные источники только при наличии хранилища электроэнергии мощностью в несколько гигаватт, способного обеспечить несколько часов непрерывной работы.

С 2007 г. больше половины населения нашей планеты живет в городах. К 2050 г. численность горожан превысит 6,3 млрд человек и составит две трети всего населения, причем значительно увеличится количество городов-гигантов с населением больше 10 млн человек (см. главу «Расцвет городов-гигантов»). По большей части эти люди будут жить в высотных зданиях, и поэтому возможности для локальной генерации электроэнергии будут ограниченны, но им понадобится бесперебойное поступление электричества для нужд домов, услуг, промышленных предприятий и транспорта.

Представьте азиатский город-гигант, в котором пару дней бушует тайфун. Даже если магистральные линии электропередачи способны обеспечить более половины потребностей города, потребуется еще немало гигаватт-часов из хранилища, пока не будут восстановлены источники с непостоянной генерацией (или, возможно, придется подключить резервные мощности, произведенные на ископаемом топливе, – те самые, от которых мы стремимся избавиться).

Литий-ионные аккумуляторы используются для накопления энергии как в стационарном, так и в мобильном варианте. В качестве анода в них применяется литиевый сплав, а в качестве катода – графит (в обычных свинцово-кислотных автомобильных аккумуляторах активными веществами электродов становятся двуокись свинца и свинец). Но, несмотря на гораздо более высокую энергоемкость, литий-ионные аккумуляторы все же не годятся для долговременного хранения больших запасов энергии. Самая большая накопительная система, состоящая из 18 000 литий-ионных аккумуляторов, строится в Лонг-Бич компанией AES Corp. для компании Southern California Edison. После ввода в строй в 2021 г. хранилище должно поддерживать мощность 100 МВт в течение четырех часов. Но 400 МВт·ч электроэнергии – это все еще на два порядка меньше, чем потребуется крупному азиатскому городу, если он лишится источников с непостоянной генерацией.