Товарищ ветер, товарищ Солнце «Зеленая энергетика» в СССР: от крупнейшего в мире ветряка до мини-ГЭС в каждом колхозе

Доля возобновляемых источников энергии — малых ГЭС, ветряных, солнечных, приливных и геотермальных электростанций — в энергобалансе современной России даже по официальным данным составляет всего 2,2%. Практически полностью — на 87,7% — энергетика страны завязана на ископаемое топливо: нефть, газ и уголь.

Такое положение сложилось исторически: Советский Союз тоже был нефтяной и угольной державой, одним из крупнейших экспортеров углеводородов в мире. Однако, в отличие от современной России, в СССР были периоды расцвета альтернативной энергетики: в 1930-х годах именно в стране Советов была построена самая мощная в мире ветроэлектростанция, в эпоху брежневского застоя — запущена первая в мире бинарная геотермальная станция. Союз конкурировал с США в разработке солнечных панелей, а колхозы массово обзаводились собственными мини-ГЭС, зачастую сделанными из подручных материалов.

«Кедр» рассказывает о самых значимых проектах Советского Союза в области «зеленой энергетики», которые, увы, так и остались амбициозными, иногда — лучшими в мире, но — единичными.

Часть I. В потоках воздуха

Самая мощная станция

Может показаться удивительным, но Россия отнюдь не всегда была ведущим нефтяным государством. Ее роль на мировом рынке со второй половины XIX века (когда началась промышленная нефтедобыча) неоднократно то возрастала до уровня ключевого игрока, то снижалась до совершенно неприметных позиций.

Сначала отрасль прогрессировала геометрически: в Баку, который стал столицей нефтедобычи в Российской Империи, в 1871 году пробурили первую промышленную скважину, а уже к 1873 году здесь работали два десятка нефтеперегонных заводов. К 1883 году их количество возросло до двух сотен — ни на одном месторождении в мире не выкачивали столько нефти, сколько здесь.

Но на рынок выходили новые игроки: вслед за Россией и США — Голландская Ост-Индия (Индонезия), Мексика, Иран. Конкуренция возрастала, и к 1910-м годам Российская Империя не смогла ее выдержать, отстав и по темпам добычи, и по уровню развития технологий: с 1904 по 1913 годы доля страны в мировом экспорте рухнула с 31% до 9%.

Последовавшие революция и гражданская война развитию отрасли не способствовали. И именно на этом кризисном фоне бывший профессор Императорской академии наук Николай Жуковский заинтересовал большевиков предложением основать институт, где изучали бы аэро- и гидродинамику — основополагающие для «альтернативной энергетики» дисциплины.

К тому времени «зеленая энергетика» уже была известна, но ее возможности были плохо изучены — появлялись лишь первые ветроэлектрогенераторы. Молодая советская власть решила пойти на эксперимент, и в 1918 году на юго-востоке Подмосковья появился Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ). Его сотрудники к 1924 году сумели сконструировать ветросиловую лабораторию и изготовить несколько успешно работающих прототипов ветряков, после чего перед ними была поставлена по-советски амбициозная задача — построить самую мощную ветряную электростанцию в мире.

В условиях слабого развития отрасли для рекорда хватило и одного ветрогенератора, но — гигантского. На его проектирование и изготовление ушли годы. Башню, на которую должны были крепиться лопасти, спроектировал инженер и архитектор Владимир Шухов, создатель знаменитой телебашни на Шабаловке в Москве, а сам ветряк создал инженер Юрий Кондратюк, который позже станет одним из пионеров космонавтики и рассчитает оптимальную траекторию полета к Луне.

В 1931 году в Крыму под Балаклавой заработала ветряная электростанция мощностью 100 киловатт — действительно не имевшая аналогов в мире. 

Она обеспечивала электричеством ряд жилых домов и трамвайную линию Балаклава — Севастополь, по которой перевозили не только пассажиров, но и грузы рыболовецкой и горнодобывающей промышленности.

Правда, когда подписывали проект, Юрия Кондратюка упоминать не стали: в это время он заканчивал работу над лопастями в качестве сотрудника специализированного бюро № 14 для заключенных-инженеров, получив в 1930-м три года лагерей за строительство элеватора «Мастодонт» в городе Камень-на-Оби. В вину ему поставили тот факт, что зернохранилище было построено без проекта и без единого гвоздя, из-за чего якобы оказалось «ненадежным». Сам Кондратюк объяснял это отсутствием времени на бюрократию и дефицитом железа в стране. Постройка, к слову, благополучно использовалась по назначению и простояла до 1997 года, пока не была уничтожена пожаром.

Балаклавскую ВЭС же уничтожила Вторая мировая война. После победы ее решили не восстанавливать, мотивировав тем, что она не была способна работать в отсутствие ветра.

По проекту самоучки

Эта проблема — что же делать в штиль — мучила многих инженеров ветряных двигателей. В том же 1918 году, когда был основан ЦАГИ, изобретатель из Курска Анатолий Уфимцев получил патент на инерционно-кинетический аккумулятор для ветроэлектростанции. По сути это был большой маховик, который решал две задачи. Во-первых, равномерно крутил электрогенератор при порывистом ветре. Во-вторых, когда ветер стихал, некоторое время продолжал крутить динамо-машину — также вырабатывая электричество.

Уфимцев был самоучкой, прославившимся громкими изобретениями. В том числе, буквально громкими: в 17 лет он изобрел бомбу с часовым механизмом и взорвал ее в Знаменском соборе Курска — ночью, чтобы никто не пострадал. С возрастом он переключился на изобретение более полезных вещей: двигателей для авиации, зерномолотилок и даже сфероплана — самолета с овальным крылом.

Еще при жизни Ленина изобретатель написал ему письмо, в котором рассказал о желании создать ветрогенератор, который работал бы без ветра. И получил на это деньги. Над проектом трудилась команда из девяти человек, в том числе хорошо образованный столичный ученый-теоретик Владимир Ветчинкин, одновременно участвовавший в создании Балаклавской ВЭС.

К 1931 году изобретение было готово. Уфимцев построил у себя дома в Курске 42-метровую вышку с трехлопастным ветряком, соединенным с инерционно-кинетическим аккумулятором и динамо-машиной мощностью 3,5 кВт. Конструкция действительно оказалась способна работать без ветра. Поначалу ветряк использовался только для освещения дома изобретателя и работы его мастерской по починке техники. Но в октябре 1931-го, после аварии на городской электростанции, от нее запитали и часть соседних домов по Семеновской улице.

Уфимцев умер в 1936 году. ВЭС проработала до 1957-го — она пережила войну, но не вынесла ремонта. Ветрогенератор остановили для замены изношенных деталей, а когда стали собирать обратно,

оказалось, что часть чертежей потерялась после смерти изобретателя, часть — во время войны, а разобраться самостоятельно в устройстве электростанции местные инженеры не смогли.

Запустить ветряк после ремонта не удалось. Он до сих пор возвышается над домом Уфимцева и служит одной из достопримечательностей Курска.

Мельчание ветряков

И генератор в Курске, и Балаклавская ветряная электростанция — лишь единичные успехи советской ветроэнергетики. Их могло бы быть больше: в 1932 году Народный комиссариат тяжелой промышленности СССР задумался о переводе на ветряную энергию всего южного побережья Крыма. Конкурс выиграли создатели Балаклавской ВЭС Кондратюк и Никитин. В 1936 году началось строительство на горе Ай-Петри близ Ялты 165-метровой электростанции на 12 мегаватт. Но рабочие успели только залить фундамент, а дальше — произошло одно из переломных для советской ветроэнергетики событий: в 1937 году умер нарком Серго Орджоникидзе, лоббировавший ее развитие. Без него крымский проект сначала сократили до 5-мегаваттной установки, а потом и вовсе закрыли.

Дальше была война. Баку, остававшийся главным центром нефтедобычи, стал одной из приоритетных целей нацистов: вермахту была поставлена задача взять под контроль город и нефтяные месторождения вокруг него, чтобы гарантированно обеспечить потребности немецкой армии в топливе. Для этого планировалось произвести на Южном Кавказе внезапную высадку войск. В 1942-1943 годах было отбито 74 попытки гитлеровцев атаковать город. На этом фоне советские власти задумались о поиске новых нефтедобывающих провинций. К концу войны крупные месторождения нефти разведали в Волго-Уральском регионе, а после начались ее поиски в Западной Сибири.

Благодаря новым месторождениям к концу 1950-х СССР почти удвоил нефтедобычу, обогнал Венесуэлу и вышел на второе место после США. Нефти стало хватать и на внутреннее потребление, и на экспорт.  

После войны интерес к энергии ветра упал: куда проще и дешевле было получать электричество, сжигая углеводороды и строя гигантские ГЭС (как раз появились Красноярская, Волжская, Рыбинская). 

Пользу власти видели только в маломощных ветряках, которые использовались в слабо электрофицированных районах. Например, в 1957 году в казахстанском совхозе «Авангард» на целине были запущены 12 ветродизельных электростанций суммарной мощностью 400 кВт. За счет ветра обеспечивалось до 55% потребностей колхоза, но в 1964 году ветряки остановили, чтобы не тратиться на плановый ремонт.

В 1960-е ветроэнергетика вообще стала у советских властей малопопулярной. Ветродвигатели мощностью всего от 1 до 30 кВт устанавливались в малонаселенных районах. А еще выпускались ветряные насосы для воды «Ромашка» — для дачников. 

Нужно сказать, что и в США и Европе интерес к ветроэнергетике тогда не был велик. Шансы на развитие отрасли появились после 1973 года, когда арабские страны отказались поставлять нефть на Запад. Но тут «на помощь» пришел СССР, предложив взамен арабской свою нефть. Экономические выкладки тоже были не в пользу ветра: к началу 1980-х в США киловатт-час на угольной или мазутной теплоэлектростанции обходился дешевле четырех центов, а получаемый на ветроустановке — до 40 центов.

Лишь с началом перестройки в СССР вновь вернулись к планам развивать ветроэнергетику. Это было обусловлено двумя факторами: во-первых, нефть продавалась быстрее, чем разведывались новые запасы, во-вторых, цены на нее в 80-е рухнули. В 1987 году Совет министров принял постановление №1052 «Об ускоренном развитии ветроэнергетической техники в 1989–1995 годах», а в 1989 году был разработан план по вводу мощностей альтернативной энергетики до 1200 МВт.

По всей стране, от вечной мерзлоты на севере до степей на юге, должны были появиться ветропарки. В последние годы существования СССР были разработаны перспективные модели ветрогенераторов АВЭУ-16, АВЭС-100, АВЭС-250 (на 16, 100 и 250 кВт соответственно) и мощная «Радуга-1» на 1 мВт. Но в 1991 году Советский Союз развалился и большинство амбициозных планов так и осталось на бумаге. Например, в ветропарке Калмыкии должно было стоять 22 агрегата — а полностью построили только «Радугу-1». Да и та сейчас стоит заброшенная, превратившись в место, где можно лишь сделать необычное селфи.

Часть II. Дорогое наше Солнце

В 1950-х годах американская телекоммуникационная компания Bell Labs столкнулась с проблемой: в жарком климате обычные аккумуляторы быстро приходили в негодность, и в телефонной связи возникали сбои. Перед инженерами компании поставили задачу найти другой источник энергии. «Жаркие страны — солнечные страны», — сообразил кто-то из сотрудников: а ведь еще в 1839 году француз Александр Беккерел открыл эффект преобразования света в электричество. Значит, можно использовать энергию солнца! Начальству эта идея показалась перспективной.

В апреле 1954 года Bell Labs продемонстрировала первый образец промышленных солнечных батарей на основе кремния. В следующем году их в виде эксперимента установили в Джорджии. Испытания увенчались успехом: солнечной батареи оказалось достаточно для питания оборудования сельской телефонной линии.

А через четыре года, 17 марта 1958 года, США запустили первый спутник с солнечными батареями — Vanguard. Тем же всего через пару месяцев, 15 мая, ответил СССР — на орбиту отправился «Спутник-3» с солнечными батареями.

Наработки в области солнечной энергетики в СССР велись с 1938 года, когда первый успешно работающий фотоэлемент, преобразующий энергию солнца в электричество, создали два аспиранта под руководством академика Абрама Иоффе.

Идея пользоваться мощностью солнечного света была популярна. Еще в фильме 1947 года «Весна» Любовь Орлова сыграла ученую из выдуманного Института Солнца, где энергию светила ставили на службу народному хозяйству.

Над этим же вопросом бились в реально существовавшем в Москве Энергетическом институте им. Кржижановского. Однако массового производства наладить никак не удавалось: слишком дорогими получались технологии.

Лишь в 1980-е, когда власти стали искать замену нефти, в Советах начали серийно выпускать дорогие, но мощные солнечные панели — такие, например, как БСП-1. Их придумывали, чтобы питать радиостанции советских посольств на случай перебоев с электричеством. Но спрос оказался велик и со стороны спецназа, разведки, пограничников, особенно во время войны в Афганистане.

В 1981 году около Ташкента была запущена установка, названная без затей — «Солнце». По сути, она представляла собой огромную солнечную печь: зеркала посылали солнечный свет на зеркало-концентратор, которое фокусировало его на специальном испытательном столе. Температура на нем в считанные секунды поднималась выше 3000ºС. Это позволяло исследовать поведение материалов при так называемом термическом шоке.

Были и бытовые проекты: например, создавались установки для подогрева воды, которых хватало для обеспечения нужд целых кварталов. Кое-где успели даже внедрить проекты по отоплению зданий энергией солнца. Так, первая солнечно-топливная котельная, разработанная московским Энергетическим институтом им. Г. М. Кржижановского, снабжала симферопольскую гостиницу «Спортивная». В крымском селе Береговое была построена самая большая в СССР гелиоустановка для пансионата «Кастрополь», а схожая установка работала в Грузии в доме отдыха «Гумиста».

В 1985 году в Крыму была установлена солнечная тепловая электростанция, СЭС-5. 1600 зеркал, снабженных системами автоматического следования за солнцем (гелиостатами), концентрировали солнечные лучи на вершине 99-метровой башни. Птицы, которым не повезло пролететь сквозь такой луч, сгорали заживо. В башне находился котел, вода в котором закипала и пар вращал турбину электрогенератора. Станция в Крыму вырабатывала 5000 кВт, что делало ее одной из самых мощных в мире. И это был всего лишь прототип — такие станции мощностью 300 000 кВт планировали строить в Узбекистане (неподалеку от города Талимарджан) и в Восточной Сибири. Однако распад СССР положил конец этим замыслам. В 1995 году СЭС-5 была остановлена и разобрана на вторсырье. Говорят, зеркала еще долго продавали на местных рынках.

Часть III. Жизнь на гейзере

Первая геотермальная станция в СССР была запущена в 1966 году на Паужетских термальных источниках на Камчатке. Она до сих пор обеспечивает электроэнергией и горячей водой близлежащие поселки.

А в 1967 году на Камчатском полуострове была введена в эксплуатацию Паратунская ГеоЭС — первая в мире бинарная геотермальная станция, решившая вопрос с тем, что делать, если из-под земли поступает не пар, способный вращать турбину, а горячая вода. На этой станции вода тоже не кипела, но она оказалась достаточно горячей, чтобы доводить до кипения фреон, которому необходима температура всего 51,9°C. И уже пары фреона стали вращать турбину и вырабатывать электроэнергию.

Но как быть, если горячих источников под рукой нет? Тогда воду можно взять на поверхности и закачать под землю, где она будет разогреваться от самого ядра Земли. 

В 1987 году геологоразведчики пробурили несколько скважин близ города Тырнауз в Кабардино-Балкарии и обнаружили, что на глубине 4 километров температура поднимается до 223ºС. Здесь было решено построить петротермальную станцию, но не для генерации электроэнергии, а для обеспечения города горячей водой: закачанная с поверхности вода поднималась бы в виде пара из скважины и через теплообменник нагревала бы воду для городской сети. Но реализовать проект попросту не успели — СССР развалился быстрее.

Не дожил СССР и до возведения третьей геотермальной электростанции, которую было решено строить в 1977 году на Мутновском геотермальном месторождении на Камчатке. По первоначальному плану первое электричество она должна была дать в 1985 году, но из-за бюрократических проволочек начало строительства постоянно откладывалось, и при Советском Союзе завершить его так и не удалось. Станцию все-таки достроили, но уже в России: в 1999 году начала работу Верхне-Мутновская ГеоЭС мощностью 12 МВт, а в 2002 году — отдельно стоящая от нее Мутновская ГеоЭС, крупнейшая сейчас в России, мощностью 50 МВт. Вместе они закрывают 30% энергопотребления Петропавловска-Камчатского, Вилючинска и Елизовского района.

Часть IV. ГЭС в каждый колхоз

Если в Китае пытались поставить в каждом дворе по доменной печи, то в СССР каждый колхоз мог обзавестись собственной мини-ГЭС. Эксперты и сегодня считают, что крупные ГЭС — разрушительны для экосистем, ведь в результате их строительства образуются большие затопления, а вот малые гидроэлектростанции — вполне могут считаться «зелеными» источниками энергии.

В Советском Союзе малая гидроэнергетика неплохо развивалась еще со времен революции. Одной из первых в 1919 году начала работу мини-ГЭС на реке Ламе в селе Ярополец Московской области. Питалась она от колеса существовавшей мельницы, а появилась благодаря неуемному энтузиазму актеров-любителей. Местный драмкружок ставил пьесу Островского «Лес» и решил осветить отданное ему в пользование помещение. Сначала попытались запитать динамомашину от двигателя местного пункта по обработке льна, но мощности не хватило. Тогда-то и придумали использовать мельницу. На выходе получили 12,5 кВт и осветили не только театр, а все село.

Жители соседнего села Кашино запустили свою мини-ГЭС через год, в 1920 году, и смогли зазвать на ее открытие самого Ленина. Вождь был так впечатлен, что селяне сами обеспечили себя электричеством, что рассказывал о них на VIII съезде РКП(б). К слову, лампу накаливания в Советах стали называть «лампочкой Ильича» именно после его поездки в Кашино.

Но и яропольцы в накладе не остались. Они прислали на церемонию в Кашино ходоков, те пробились к Ленину и Крупской и уговорили их помочь с получением более мощного оборудования. Времена были тяжелые, стране не хватало многих вещей и просто так достать цемент или заказать на заводе турбину было сложно. А вот с бумагой от Ленина — можно. Яропольцы сторговались с одним из подмосковных заводов на 60 пудах хлеба и 120 пудах картошки, построили капитальную плотину — и мини-ГЭС проработала в селе до 1958 года. Сейчас там организован музей.

Вторая мировая война дала новый толчок развитию малых ГЭС. На захваченной немцами территории оказались крупные электростанции.

При отходе Красная армия успела многие из них подорвать, включая крупнейшую на то время в Европе ДнепроГЭС. Энергии не хватало. Приоритет в ее поставках отдавался оборонным предприятиям. Колхозы, сельские ремонтные станции и предприятия поняли, что ждать электрификации бесполезно и пора брать дело в свои руки. А после войны это стало государственной программой: 8 февраля 1945 года Совет народных комиссаров СССР принял Постановление о развитии сельской электрификации.

С 1946 по 1952 год в СССР было построено около 7000 малых ГЭС. Их еще называли «колхозными», потому что многие обслуживали только одно село. Но и качество строительства тоже можно было охарактеризовать словом «колхоз»: как правило, такие ГЭС были плодом самодеятельности местных умельцев, нередко ставились без гидрологического обследования реки и сооружались из чего под руку попадется — даже турбины могли быть изготовлены кустарно. Такие мини-ГЭС были не очень надежны, их содержание и ремонт требовали немало сил, а вырабатываемый объем электроэнергии был небольшим — в среднем около 49 кВт. В половодье или при падении уровня воды выработка падала до минимума. Поэтому когда в 1954 году был снят запрет на подключение сельской местности к централизованному энергоснабжению, это стало смертным приговором для малых ГЭС. Как только до села дотягивали ЛЭП, мини-ГЭС демонтировали или забрасывали.

Тем не менее небольшие ГЭС до сих пор кое-где востребованы. В России к 2022 году действовало более 130 малых гидроэлектростанций, но уже, конечно, не «колхозной» постройки.

***

Своего расцвета в Советском Союзе «альтернативная энергетика» достигала тогда, когда нефтяной рынок вступал в кризис: после революции, на фоне Второй мировой войны и в 1980-е, когда цены на нефть падали до $10 за баррель. И каждый раз при первой возможности СССР возвращался к нефтяной игле.

Планы по развитию «зеленой энергетики» в современной России тоже не слишком амбициозны.

По планам правительства, даже к 2040 году за счет возобновляемых источников будет закрываться всего 10-12% потребностей страны в тепло- и электроэнергии. Для сравнения, Франция намерена обеспечивать за счет возобновляемых источников 32% своих потребностей уже к 2030 году, а США — до 90% к 2035 году.

Сможет ли Россия сделать верные выводы из опыта своего государства-предшественника? И сможет ли по достоинству оценить и применить тот природный потенциал, который в Советском Союзе раскрывали и сотрудники научно-исследовательских институтов, и крестьяне в подмосковных колхозах?