Сегодня основные дискуссии сосредоточены на ресурсной базе энергетики, проблемах отходов и экологических последствиях. В отношении этих проблем эксперты пытаются увидеть будущее того или иного направления в энергетике. С научно-технической точки зрения, разделение энергетики может происходить по управляемости процессами создания энергетических ресурсов – электрических, прежде всего. Под управляемостью в данном случае будем понимать возможность генерировать энергию в любое время, в любых количествах с необходимыми характеристиками («нужное количество в нужное время»).
По этой управляемости энергетические технологии очень четко делятся на две категории – хорошо управляемая и плохо управляемая энергетика. С одной стороны, это тепловые, атомные и гидроэлектростанции, использующие несколько преобразований энергии. Но во всех преобразованиях осуществляется максимальный контроль над процессами.
С другой – ветровая и солнечная энергетика, использующая природные неконтролируемые ресурсы, – ветер и солнечную радиацию. В этих методах производства энергии практически невозможно реализовать принцип «нужное количество в нужное время», и необходимо искать другие пути решения проблемы управляемости.
Управляемость систем изучается с помощью теории автоматического управления. Теория автоматического управления (ТАУ) – одна из самых сложных современных наук, которая на протяжении многих лет развивается именно для решения проблем энергетики. Строго говоря, в TAУ управляемость относится к достаточно абстрактным категориям. Но упомянутые выше характеристики также можно оценить с помощью TAУ. Сейчас, при рассмотрении проблем энергетики, об этой науке чаще всего не вспоминают. Может быть, потому, что самые активные участники дискуссий мало что знают об этом? Или кому-то такая ситуация выгодна? Связаны ли эффективность и управляемость в бытовой энергетике, которая касается практически каждого жителя планеты, и в глобальной энергетике – вот проблема, которой посвящена эта работа. В трех технологиях производства энергии – тепловой (углеродной), ядерной и гидроэнергетической – проблема управляемости в целом была успешно решена. На современных станциях электрическое напряжение очень строго регулируется по амплитуде и частоте, мощность может изменяться быстро и точно в соответствии с требованиями потребителя, а эффективность процессов постоянно повышается, хотя их коэффициенты полезного действия (КПД) уже достаточно велики и во многом превышают эффективность оборудования другие отрасли промышленности. Следует отметить, что электрическое напряжение в электрогенераторах, как и в электромеханических устройствах, регулируется не слишком легко, поэтому в этих трех технологиях потоки энергии регулируются и поддерживаются на всех этапах преобразования. На тепловых электростанциях регулируются процессы в котлах, турбинах и электрогенераторах, в атомной энергетике – в реакторах, котлах, турбинах и генераторах, в гидроэнергетике регулируются потоки воды и процессы в генераторах. То есть все потоки энергии, которые электрогенераторы преобразуют в электрическую, жестко и точно регулируются. В возобновляемых источниках энергии (ВИЭ) – парках ветряных турбин и солнечных батарей – эта задача не имеет рационального решения. В этих генераторах значительно меньше «ступеней» преобразования энергии, но также практически отсутствуют возможности регулирования исходных потоков энергии – ветра и солнечной радиации [1, 2]. Между тем управляемость процессов – это качество, которое создает цивилизацию, и игнорировать его очень опасно. Возможно, именно тот факт, что проблема управляемости была решена в традиционном энергетическом секторе, способствовал поверхностному отношению к ней в «новом» энергетическом секторе, где такие решения еще не были найдены.