Сколько мировых океанов. Сколько в мире океанов? Почему в океанах и морях соленая вода

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

на тему: «Глобальная энергетическая проблема»

Глобальная энергетическая проблема -- это проблема обеспечения человечества топливом и энергией в настоящее время и в обозримом будущем. Главной причиной возникновения глобальной энергетической проблемы следует считать быстрый рост потребления минерального топлива в XX в. Со стороны предложения он вызван открытием и эксплуатацией огромных нефтегазовых месторождений в Западной Сибири, на Аляске, на шельфе Северною моря, а со стороны спроса -- увеличением автомобильного парка и ростом объема производства полимерных материалов. Основными экологическими проблемами являются проблема быстрого исчерпания невозобновимых ископаемых топлива при нарастающих темпах его потребления - проблема обеспеченностью нефтью, углём, природным газом, рост потребления электроэнергии, во много раз, превышающий её производство. Считается, что при современном уровне добычи разведанных запасов угля должно хватить на 325 лет. природного газа -- на 62 года, а нефти -- на 37 лет. Сегодня суммарное потребление тепловой энергии в мире составляет колоссальную величину - более 1013 Вт в год (эквивалентно 36 млрд. тонн условного топлива).

Что касается перспектив ядерной энергетики, то все известные промышленные запасы урана будут исчерпаны уже в первом десятилетии XXI в. Учитывая затраты на добычу топлива, нейтрализацию, утилизацию и захоронение отходов, консервацию отработавших реакторов (а их ресурс не более 30 лет), расходы на социальные, природоохранные нужды, то стоимость энергии АЭС многократно превысит любой экономически допустимый уровень. По оценкам специалистов, только затраты на вывоз, захоронение и нейтрализацию накопившихся на российских предприятиях отходов ядерной энергетики составят около 400 млрд. долл., на обеспечение необходимого уровня технологической безопасности - 25 млрд. долл. С увеличением числа реакторов повышается вероятность их аварий. Таким образом, атомная энергетика не имеет долгосрочной перспективы.

Основные пути решения глобальной энергетической проблемы:

Экстенсивный путь решения энергетической проблемы предполагает дальнейшее увеличение добычи энергоносителей и абсолютный рост энергопотребления. Этот путь остается актуальным для современной мировой экономики. Мировое энергопотребление в абсолютном выражении с 1996 по 2003 г. выросло с 12 млрд до 15,2 млрд т условного топлива. Вместе с тем ряд стран сталкивается с достижением предела собственного производства энергоносителей (Китай) либо с перспективой сокращения этого производства (Великобритания). Такое развитие событий побуждает к поискам способов более рационального использования энергоресурсов и перехода к нетрадиционным, альтернативным источникам энергии (АИЭ). Они экологичны, возобновляемы, основой их служит энергия Солнца и Земли. Солнечная энергетика основана на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Достоинства: Общедоступность и неисчерпаемость источника и полная безопасность для окружающей среды. Недостатки: Зависимость от погоды и времени суток, Как следствие необходимость аккумуляции энергии,

Высокая стоимость конструкции, Необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли, Нагрев атмосферы над электростанцией.

В 2010 году 2,7 % электроэнергии Испании было получено из солнечной энергии, а 2 % электроэнергии Германии было получено из фотоэлектрических установок. В декабре 2011 года на Украине завершено строительство последней, пятой, 20-мегаваттной очереди солнечного парка в Перово, в результате чего его суммарная установленная мощность возросла до 100 МВт. За ним следуют канадская электростанция Sarnia (97 МВт), итальянская Montalto di Castro (84,2 МВт) и немецкая Finsterwalde (80,7 МВт). Замыкает мировую пятерку крупнейших фотоэлектрических парков другой проект на Украине - 80-мегаваттная электростанция Охотников в Сакском районе Крыма. Первая в России солнечная электростанция мощностью 100 кВт была запущена в сентябре 2010 года в Белгородской области. Сгенерированная на основе солнечного излучения энергия гипотетически сможет к 2050 году обеспечить 20-25 % потребностей человечества в электричестве и сократит выбросы углекислоты. Как полагают эксперты Международного энергетического агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-часов -- или 20-25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд. тонн ежегодно.

Ветровая энергия. Ветровые турбины - довольно перспективный образ получать энергию из экологически чистого источника. Особенно в условиях подорожания нефти, газа и угля. Ветровая энергия конкурентоспособная в регионах со скоростью ветра от умеренной до высокой. Учитывая тот факт, что в процессе производства ветровой энергии не требуется ничего кроме ветровых установок. Нет расходов на закупку и доставку сырья, на уменьшение загрязнения окружающей среды. В отличие от современных электростанций, ветровая электростанция может работать бесперебойно даже в случае поломки на одной из ветряных турбин - ведь остальные установки будут работать. На полную мощность ветряная электростанция может работать только 10% времени, несмотря на то, что их строят в районах, где как правило ветрено. Однако ветровые установки производят электрическую энергию большинство времени своей работы (65-80%), хотя количество производимой энергии может меняться. Одна обычная двухмегаватная установка производит электрическую энергию для 600-800 домов. А при использовании новых технологий эта цифра может вырасти.

Термальная энергия земли. Некоторые страны мира (не все) богаты горячими источниками и знаменитыми гейзерами-фонтанами горячей воды, с точностью хронометра вырывающейся из-под земли. К примеру, Исландия. Жители этой маленькой северной страны эксплуатируют подземную котельную очень интенсивно. Столица - Рейкьявик, в которой проживает половина населения страны, отапливается только за счет подземных источников. Даже работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Исландия полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и даже бананами! Многочисленные исландские теплицы получают энергию от тепла земли - других местных источников энергии в Исландии практически нет. топливо энергетическая проблема биоэнергетика

Энергия биомассы. Термин «биомасса» относится к органическим веществам, сохранившим в себе энергию Солнца благодаря процессу фотосинтеза. В первоначальном виде существует в форме растений. Дальше по пищевой цепочке может передаваться травоядным животным, а если их съедят - то и плотоядным. При сгорании биомассы (древесины, высушенной растительности) освобождается накопленная энергия и углекислый газ. На сегодняшний день эта отрасль занимает второе место после гидроэнергии из списка альтернативных источников из-за своей дешевизны и доступности. Она составляет 15 % от мировой поставки энергии и до 35 % - в развивающихся странах. Используется в основном для приготовления пищи и обогрева помещений.Положительной стороной является то, что будет выбрасываться меньше чистого углекислого газа, приводящего к парниковому эффекту. Но с другой стороны увеличится вырубка лесов. А на сегодняшний день это и так одна из глобальных проблем. Пустыни завоевывают все больше пространства. Некогда плодородная земля, оставшись без растительного покрова, будет подвергаться эрозии и растеряет органику.

Таким образом, глобальной энергетической проблемы в ее прежнем понимании как угрозы абсолютной нехватки ресурсов в мире не существует. Тем не менее, проблема обеспечения энергоресурсами сохраняется в модифицированном виде.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Проблемы электроэнергетики мира. Воздействие на окружающую среду энергетики. Топливно-энергетический баланс России. Пути решения энергетических проблем. Удельное энергопотребление на душу населения в мире. Альтернативные источники возобновляемой энергии.

презентация , добавлен 12.12.2010


Роль судов в транспортном процессе. Технический уровень оборудования судовой энергетической установки, анализ мероприятий, направленных на повышение ее энергетической эффективности. Модернизация основной и вспомогательной энергетических установок.

дипломная работа , добавлен 11.09.2011


Топливно-энергетический комплекс Республики Беларусь: система добычи, транспорта, хранения, производства и распределения всех видов энергоносителей. Проблемы энергетической безопасности республики, дефицит финансовых средств в энергетической отрасли.

реферат , добавлен 16.06.2009


Анализ первостепенных проблем глобальной энергетики и проблемы обеспечения человечества устойчивыми поставками электроэнергии. Энергетическая безопасность населения Земли. Политика энергоэффективности. Политика замещения. Новые технологии в энергетике.

реферат , добавлен 13.01.2017


Энергетическая проблема в современном мире. Понятие биоэнергетики, достижения в данной области. Биологическое топливо как продукт биоэнергетики, преимущества его использования. Механизмы преобразования энергии в процессе жизнедеятельности организмов.

реферат , добавлен 19.10.2012


Уравнения материальных и тепловых балансов для теплообменных аппаратов и точек смешения сред в рабочем контуре ядерной энергетической установки. Определение расхода пара на турбину, паропроизводительности парогенератора и мощности ядерного реактора.

контрольная работа , добавлен 18.04.2015


Современные проблемы топливно-энергетического комплекса. Альтернативная энергетика: ветряная, солнечная, биоэнергетика. Характеристика и методы использования, география применения, требования к мощностям водоугольного топлива, перспективы его развития.

курсовая работа , добавлен 04.12.2011


Структура и состав ядерной энергетической установки. Схемы коммутации и распределения в активных зонах. Требования надежности. Виды и критерии отказов ядерной энергетической установки и ее составных частей. Имитационная модель функционирования ЯЭУ-25.

отчет по практике , добавлен 22.01.2013


Характеристика структуры Единой энергетической системы России. Связи с энергосистемами зарубежных стран. Оптимизация обеспечения надежности электроснабжения и качества электроэнергии. Совершенствование средств диспетчерского и автоматического управления.

реферат , добавлен 09.11.2013


Разработка проекта модернизации энергетической установки судового буксира для повышения его тягового усилия, замена двигателей на более экономичные. Выбор энергетической и котельной установки, комплектация электростанции: дизель–генераторы, компрессоры.

Сырьевая проблема

Замечание 1

Между сырьевой и энергетической проблемами есть общие черты, поэтому их часто рассматривают в виде одной топливно-сырьевой проблемы. Касаются они обеспечения человечества топливом и сырьем. Проблема обеспеченности стран сырьем и раньше имела определенную остроту, но возникала она на региональных уровнях. Однако сырьевой кризис 70-х годов показал её глобальные масштабы.

Понятие «сырье» само по себе является очень ёмким. Это могут быть материалы и предметы труда, которые уже претерпели какое-то изменение и подлежат дальнейшей переработке, например, нефть, руда, древесная щепа, шерсть, пластмассы, смолы и др. Вообще всё сырье по происхождению делят на промышленное и сельскохозяйственное, но чаще всего сырьевые ресурсы ассоциируются с минеральными ресурсами. Минеральные ресурсы или полезные ископаемые есть не что иное, как основа существования человеческой цивилизации. С бурным развитием промышленности потребность в минеральных ресурсах увеличивается, темпы их добычи растут, а сами ресурсы в недрах Земли ограничены. Со временем они будут просто исчерпаны.

Появление сырьевой проблемы связано с целым рядом причин:

1. Ростом объемов извлекаемого из недр Земли минерального сырья;
2. Истощением бассейнов и месторождений;
3. Обеднение многих руд полезными веществами;
4. Ограниченностью разведанных запасов углеводородов;
5. Ухудшением горно-геологических условий залегания полезных ископаемых;
6. Территориальным разрывом между районами добычи сырья и районами его потребления;
7. Открытием новых месторождений в районах со сложными природными условиями.

Следствием данных причин стало общее снижение обеспеченности минеральными ресурсами на глобальном уровне, при этом надо иметь в виду, что для отдельных видов сырья необходим дифференцированный подход. Многие специалисты делают расчеты обеспеченности ресурсами, но между ними часто бывают большие расхождения. Тем не менее, в век научно-технической революции важным является рациональное использование минерального сырья, более полное извлечение из земных недр полезных ископаемых. Например, существующие современные способы добычи нефти имеют коэффициент её извлечения $ 0,25$-$0,45$, а это означает, что большая часть геологических запасов остаётся в недрах. При повышении коэффициента нефтеотдачи хотя бы на $1$ % дает большой экономический эффект. «Ресурсная расточительность» $XX$ века перешла к эпохе рационального потребления ресурсов.

Этот переход связан с двумя основными моментами:

1. Благодаря энергетическому кризису $70$-х годов началось развитие энергосберегающих технологий и переход мировой экономики на интенсивный путь развития. Производственная и непроизводственная сферы в значительной степени уменьшили расходы энергии, следствием чего явилась экономия углеводородного сырья;
2. Из всего добываемого на планете сырья на производство готовой продукции идет только $20$ %, а вся остальная горная масса накапливается в отвалах. За многие десятилетия накопились миллиарды тонн горных пород. Здесь же лежат миллиарды тонн зольных отходов электростанций и шлаковых отходов металлургических предприятий. Многое из этих отходов можно использовать для получения новых веществ, например, для производства ряда металлов, химических продуктов, таких строительных материалов как кирпич, цемент, известь и др. Отсюда этот второй момент ассоциируется со снижением «прямой» ресурсной расточительности.

Энергетическая проблема

Суть проблемы состоит в том, что в настоящее время и в будущем человечество должно быть обеспечено топливом и энергией. Энергетическая проблема на планете появилась, потому что важнейшие органические и минерально-сырьевые ресурсы ограничены, а использование топливно-энергетических ресурсов растет быстрыми темпами.

Замечание 2

Небольшие энергетические кризисы имели место и в доиндустриальной экономике. В $XVIII$ веке в Англии, например, были исчерпаны лесные ресурсы, и стране пришлось перейти на уголь. Данная проблема была локальной, а глобальной она стала, когда разразился мировой энергетический кризис. Это были $70$-е годы $XX$ века. Цены на нефть резко поднялись, и мировая экономика испытала серьезные трудности.

Надо сказать, что возникшие затруднения были преодолены, но сама проблема обеспеченности топливом и энергией, сохранила своё значение. В процессе промышленного производства каждый работник в наше время использует энергию, равную примерно $100$ лошадиным силам. А одним из показателей качества жизни населения планеты является количество производимой энергии на одного человека. По общепризнанным нормам на душу населения необходимо производить $10$ кВт, а производится только около $2$ кВт.

Общепризнанных норм достигли некоторые высокоразвитые страны мира. Если учесть, что с одной стороны население планеты растет, а с другой стороны энергия и сырье используются нерационально, топливно-энергетические ресурсы по странам мира размещаются неравномерно, то следует, что их производство и потребление будут увеличиваться и дальше. К сожалению, энергетические ресурсы Земли не безграничны. При тех темпах, например, которые планируются в атомной энергетике, суммарные запасы урановых руд будут исчерпаны в первой половине $XXI$ века.

Если говорить о вещественном содержании, то причина топливно-энергетической проблемы связана с ростом масштабов вовлечения природных ресурсов в хозяйственное обращение при их ограниченности. Затратная экономика бывших социалистических стран была связана с огромными потерями энергетических ресурсов. Да и сегодня на производство единицы продукции страны СНГ расходуют сырья в $2$ раза больше, чем страны Западной Европы. Наращивание добычи топливных ресурсов продолжается. Открыты и эксплуатируются огромные нефтегазоносные площади в Западной Сибири, на Аляске, на шельфе Северного моря, что в свою очередь привело к ухудшению экологической ситуации.

Замечание 3

Специалисты подсчитали, что разведанных запасов угля при современном уровне его добычи должно хватить на $325$ лет, разведанных запасов газа хватит на $62$ года, а нефти на $37$ лет. С открытием новых месторождений энергоносителей пессимистические прогнозы $70$-х годов сменились на оптимистические взгляды, которые были основаны на более актуальной информации.

Пути решения проблем

В решении энергетической проблемы существует два пути – экстенсивный и интенсивный путь.

При решении проблемы экстенсивным путем требуется дальнейшее увеличение добычи энергоносителей и абсолютный рост энергопотребления. Для современной мировой экономики этот путь является актуальным, потому что в абсолютном выражении к $2003$ году мировое энергопотребление выросло с $12$ до $15,2$ млрд. тонн условного топлива. Такие страны как Китай, столкнувшийся уже с достижением предела собственного производства энергоносителей или Великобритания, столкнувшаяся с перспективой сокращения этого производства. Развитие событий таким путем заставляет страны искать способы более рационального использования энергоресурсов.

Решение проблемы интенсивным путем заключается в увеличении производства продукции на единицу энергозатрат.

Энергетический кризис ускорил внедрение энергосберегающих технологий и перестроил структуру экономики, что в значительной степени смягчило последствия энергетического кризиса. В настоящее время одна тонна сбереженного энергоносителя стоит в $3$-$4$ раза дешевле, чем дополнительно добытая тонна. К концу $XX$ века энергоёмкость хозяйства таких стран как США и Германия снизилась соответственно в $2$ и $2,5$ раза.

Например:

1. Энергоёмкость машиностроения в $8$-$10$ раз стала ниже, чем в металлургии и топливно-энергетическом комплексе;
2. Энергоёмкие производства выводились в развивающиеся страны. Энергосберегающая перестройка хозяйства давала до $20$ % экономии топливно-энергетических ресурсов в расчете на единицу ВВП;
3. Совершенствование технологических процессов функционирования оборудования является важным резервом повышения эффективности использования энергии. Направление в данном случае очень капиталоёмкое, но затраты на него в $2$-$3$ раза меньше расходов на увеличение добычи топлива и энергии.

Замечание 4

Как ни странно, такие государства как Россия, Китай, Индия, Украина стремятся развивать именно энергоёмкие производства – металлургия, химическая промышленность – при использовании устаревших технологий.

Рост энергопотребления в этих странах ожидается как в связи с повышением уровня жизни, так и с нехваткой у некоторых из них достаточных средств на снижение энергоёмкости хозяйства. Ещё долгие годы решение глобальной энергетической проблемы будет зависеть от расхода энергии на единицу произведенной продукции. Сегодня глобальная энергетическая проблема в понимании нехватки энергетических ресурсов в мире не существует. Сохраняется проблема обеспечения энергоресурсами в модифицированном виде.

Каковы пути решения глобальной сырьевой проблемы.

1. Проводить геолого-поисковые и геолого-разведочные работы. Их цель – увеличить разведанные запасы минерального сырья. Решение данной задачи идет довольно успешно. Например, разведанные запасы бокситов за послевоенный период увеличились в $36$ раз, а добыча увеличилась только в $10$ раз. За этот же период в $7$ раз увеличились разведанные запасы меди, а её добыча увеличилась в $3 $раза. Увеличились разведанные запасы нерудных полезных ископаемых – фосфоритов, калийных солей и др. Перспективными становятся поиски и разведка сырья на материковом шельфе, материковом склоне, и, даже, на глубоководном дне Мирового океана;
2. Полное и комплексное использование минеральных ресурсов, извлекаемых из недр планеты;
3. Снижение материалоёмкости производственных процессов и осуществление политики ресурсосбережения;
4. Важным элементом рационального природопользования должно стать широкое использование вторичного сырья;
5. Замена природного сырья искусственными материалами, по качеству не уступающих натуральным – это пластмассы, керамика, стекловолокно и другие материалы.

Замечание 5

России тоже необходим этот переход к ресурсосбережению, несмотря на то, что она имеет огромный природно-ресурсный потенциал. Хозяйство страны, развивавшееся экстенсивным путем, в последнее время стало испытывать кризисные явления. Месторождения природных ресурсов истощаются, растет стоимость их добычи, снижается прогнозная и действительная ресурсообеспеченность страны.

Время не стоит на месте. В глубокой древности люди использовали как источник энергии только собственные силы, или, по возможности, силы домашних животных. Потом первым внешним источником энергии, который научились использовать люди, был огонь. Все, что вначале умели получить от огня, это приготовление еды и обогрев своего жилища. Сегодня на службе у человечества находятся источники энергии, которые превышают человеческую силу в миллионы раз. Сейчас мы готовим еду не только с помощью огня, специальной техникой поднимаем тонны грузов, используя ракеты, покоряем космос, заглядываем в глубины Земли и строим миллионы городов. Тем не менее, в мире все чаще возникают локальные энергетические кризисы, связанные с недостатком энергетических ресурсов.

Закон энергии

Энергия никогда не исчезает, она может менять форму и накапливаться. Например, растения нуждаются в солнечном свете, они превращают солнечную энергию и накапливают ее. Вместе с тем, они отдают ее нам в виде съедобных продуктов, люди и животные потребляют эти растения и превращают эту энергию, которая в них накапливается, например, в мышечную работу. С другой стороны, при сжигании дров на костре также освобождается энергия, происходящая от Солнца. Кроме того, все ископаемые ресурсы планеты, прежде всего уголь, природный газ, нефть являются накопителями солнечной энергии. Все эти топливно-энергетические ресурсы образовались из останков животных и растений, которые существовали миллионы лет назад, под действием давления и чрезвычайно высокой температуры в земной коре.

Средневековому человеку показалось бы волшебством, если бы перед его глазами кто-нибудь добыл свет из угля или привел бы в движение машину с помощью нефти. Но это волшебство заключается только в том, чтобы сделать возможным накопление энергии и переход ее из одной формы в другую. В наше время этот процесс стал для всех настолько обычным, что мало кто задумывается об энергетической проблеме и о тех ресурсах, которые мы для этого берем. С того времени, когда человечество начало разгадывать секреты энергии, оно старается добыть энергию с наименьшими затратами. Идеальным вариантом было бы изобрести машину времени, так называемую «перпертум мобиле», которая производила бы энергию сама, получая ее из ничего. Но, к сожалению, такой вечный двигатель, который бы решил все проблемы энергетических ресурсов, создать невозможно. Общее количество энергии всегда остается неизменным, ее нельзя создать, можно лишь освободить накопившуюся энергию и превратить в другую: световую, электрическую, тепловую, физическую, химическую и т. д.

Вода как источник энергии

Человек может использовать мощную силу воды, на некоторых этапах вмешиваться в природный кругооборот воды, чтобы таким образом добывать энергию. Сегодня на гидроэлектростанциях производится электроэнергия, которую можно накапливать или же сразу потреблять по назначению.

Невероятной силы морские волны ежесекундно разбиваются о многочисленные побережья, мощная энергия их выполняет свою работу. Но человечество до сих пор не в силах использовать силу морских волн для производства энергии, хотя существует бессчетное количество теоретических моделей и идей их реализации для решения энергетической проблемы. С недавнего времени, а именно после аварии на Чернобыльской АЭС правительства многих морских государств всерьез заинтересовались этим безопасным источником энергии, до этого проводились испытания в основном в области атомной энергетики.

Уголь

Все виды угля - это результат процесса, длившегося миллионы лет, во время которого останки разнообразной растительности разложились и превратились под действием высокого давления в торф, затем - в уголь. Эти залежи на протяжении миллионов лет все глубже и глубже проникали в земную кору, покрываясь сверху новыми пластами. Например, слой торфа в 50 метров уплотнялся до пласта угля в 3 метра. Первыми, еще в I столетии нашей эры, с помощью угля отапливали свои жилища римляне. Исследователи считают, что торф использовался для отопления еще в доисторический период. И только в XVI веке уголь стали использовать в Европе как топливо.

Уголь и нефть по своему происхождению и химическому составу принадлежат к одной группе. На самом деле из угля так же, как из нефти, можно получить бензин. Этот способ был разработан в Германии во время Второй мировой войны, когда нефти для производства бензина не хватало. Этот метод заключается в том, что в процессе сжигания уголь размельчается и проходит определенные химические процессы, в результате чего получается отличное топливо.

Нефть

Как и другие виды ископаемого топлива, которое человечество сжигает для получения тепла и электроэнергии, нефть имеет чрезвычайно почтенный возраст. Самые старые месторождения нефти были образованы 600 млн лет назад. Нефть заполняла все пустоты и щели земной коры, создавая громадные месторождения. В наше время они активно отыскиваются, бурятся скважины и добываются огромные запасы этих залежей.

Из нефти производят все больше и больше веществ, потребляемых человечеством. Бензин и дизельное топливо - не единственные продукты, потребляемые человеком. Нефть является сырьем для производства лекарств, искусственных тканей, ядов, минеральных удобрений, косметики, пластмассы. Мы даже не подозреваем, насколько человечество зависимо от этих топливно-энергетических ресурсов. Не зря самые богатые страны в мире - это страны-добытчики и производители нефти. В наше время везде господствует нефть. Ни одна другая форма по мощности пока не может заменить нефть как источник энергии.

Природный газ

Газ, используемый для отопления, приготовления еды или производства электроэнергии, - это в большинстве случаев пропан, бутан или природный газ. Он был обнаружен во время бурения первых нефтяных скважин почти случайно. Сегодня природный газ обеспечивает пятую часть мировой потребности в энергии.

Природный газ, который сгорает во время приготовления еды, выделяет энергии в два раза больше, чем электрический ток, производимый тепловыми электростанциями. Природный газ, так же как и уголь, является ископаемым топливом, но по своему происхождению ближе к нефти. Именно поэтому он добывается вместе с нефтью или в виде самостоятельных газовых образований. Проще всего добывать природный газ из месторождений, которые находятся под землей, как на Ближнем Востоке или в Сибири. Безопасность при его выработке обеспечивается системой соединительных труб и вентилей, с помощью которых регулируют давление, так как газовые месторождения постоянно находятся под огромным давлением.

Главные европейские месторождения газа находятся в Италии, Франции и Голландии, а также в Северном море, возле побережья Великобритании и Норвегии. Кроме этого, Россия поставляет сибирский газ разветвленной системой газопроводов в страны Центральной Европы. Россия - главный поставщик газа, из Сибири поступает третья часть всех используемых в мире запасов газа.

Энергия из атомов

Атомную энергию человечество научилось получать на электростанциях путем расщепления ядра атома урана. Именно этот элемент имеет нестабильное ядро и легче всего расщепляется под действием нейтронов. В результате распада ядра освобождаются новые нейтроны, которые, в свою очередь, расщепляют другие ядра атомов. Этот процесс превращается в цепную реакцию и освобождает огромное количество энергии, которая используется для превращения воды в пар, приводящий в движение турбину и электрогенератор. К сожалению, этот способ решения энергетической проблемы небезопасный, вместе с энергией атомных ядер происходит радиоактивное излучение, опасное для всех живых организмов. Поэтому защита с помощью специальных кожухов на таких электростанциях должна быть максимальной.

Мягкие энергии

По мнению ученых, решение энергетической проблемы в будущем за мягкими альтернативными видами энергии. Существуют такие формы, как энергия ветра, биоэнергия и солнечная энергия. Они не тратят полезные ископаемые и не вредят окружающей среде. Еще их называют возобновляемыми источниками энергии. До тех пор, пока существует жизнь на Земле, сила ветра, биоэнергия и солнечная энергия неисчерпаемы, а ископаемые источники в виде угля, газа и нефти когда-нибудь исчезнут.

Биоэнергия

Биоэнергия - энергия, которая вырабатывается из растений. Для животных и людей растения являются самым важным источником энергии и пищевым продуктом. Растения получают запас энергии непосредственно от Солнца, древесина - носитель возобновляемой биоэнергии. Но потребности нашего индустриального общества настолько велики, что вся древесина на планете сможет удовлетворить только небольшую ее часть, не решая проблемы энергетической. Во многих странах древесина выступает основным источником энергии. Неконтролируемая вырубка ведет к уменьшению количества деревьев, поскольку часто для их насаждений не хватает денег. В таком случае этот источник постепенно становится невозобновляемым, что станет одной из причин энергетической проблемы.

Альтернативным и перспективным методом получения энергии считается производство биогаза. Он формируется из разрушенных веществ животного и растительного мира при отсутствии контакта с воздухом. Сельские хозяйства, где собирается в виде отходов много биомассы, могут использовать для производства метана специальные установки биогаза. Работа таких установок не вредит окружающей среде, а их использование не требует никаких затрат. Решение энергетической и сырьевой проблемы именно в таких альтернативных источниках. Но, конечно, сначала они должны быть построены, а первые опыты всегда связаны с большими расходами. Интересный способ расходовать меньше бензин, например, нашли в Бразилии. Они производят биоспирт - жидкость, получаемую из брожения сахарного тростника и кукурузы. Этот алкоголь добавляется к обычному бензину. Таким образом, страна становится менее зависимой от импорта бензина.

Еще один пример использования биоэнергии представляют собой калифорнийские побережья. На морских фермах выращивается одна из разновидностей морских водорослей, которые ежедневно вырастают на полметра. Их также перерабатывают для получения бензина, а другие виды водорослей используют как сырье на тепловых электростанциях, уменьшая энергетическую и сырьевую проблему.

Энергия ветра

Ветер - один из традиционных источников энергии. Еще в VII веке до н. э. в Персии использовали ветряки, а в 1920 году в США впервые ветряк использовали для производства электроэнергии. Еще спустя 10 лет в Австрии и Баварии были построены ветряные установки, которые обеспечивали собственным электричеством целые местности.

Современные силовые установки производят электроэнергию. С помощью силы ветра движутся электрогенераторы, которые питают электросеть или же накапливают энергию в аккумуляторных батареях. По мнению специалистов, использование силы ветра имеет большое будущее, если человечество отдаст предпочтение развитию технологии альтернативной энергетики, а не атомной энергетике и использованию нефти как источника энергии.

Солнечная энергия

С точки зрения производства энергии, мы можем рассматривать Солнце как разновидность атомного реактора чрезвычайной мощности. Только миниатюрная частичка достигает Земли, но даже она дает возможность жизни. Можно ли превращать солнечную энергию непосредственно в электрическую? Да, это вполне возможно с помощью солнечных батарей. Уже сегодня везде, где ярко светит Солнце и потребности в электроэнергии небольшие, получают энергию непосредственно от Солнца. Солнечные батареи - это пластины, которые имеют два чрезвычайно тонких слоя. Один слой состоит из кремния, второй - из кремния и бора. Вместе с солнечным светом, который попадает на солнечную батарею, на ее внешний слой проникают фотоны - мельчайшие частички света, излучаемые Солнцем. Они приводят в движение электроны, перенося их во второй слой и, таким образом, вызывают электрическое напряжение. Перемещаемые электроны попадают в накопитель тока, затем - в электрические проводники. Таким образом, например, станции на солнечных батареях уже решают энергетическую проблему Дальнего Востока.

Солнечные батареи постоянно совершенствуются. Пока они еще очень дорогие, но надеемся, что в недалеком будущем они станут достаточно эффективными и дешевыми и смогут решить глобальную энергетическую проблему, удовлетворить значительную часть потребностей человечества в электроэнергии. Такие солнечные фермы сейчас находятся в нежилых краях из-за чрезвычайной жары. Перспективы использования солнечной энергии огромные, по мнению специалистов, если техника для производства водорода будет дальше развиваться, то накопленную в пустынных районах солнечную энергию можно будет доставлять в виде водорода к странам-потребителям.

Зачем беречь энергетические запасы?

Залежи нефти, угля и природного газа, образованные нашей планетой на протяжении миллионов лет, человечество тратит за несколько лет. Когда мы бездумно тратим эти запасы с увеличением добычи энергоносителей, мы обворовываем своих потомков.

Этим мы нарушаем баланс энергии на Земле, ведь соотношение полученной энергии и отдаваемой обратно в космос должно быть уравновешенным. Если же человечество уничтожает и сжигает энергетические запасы, то образуются газы, которые препятствуют возвращению в космос излишка солнечной энергии. Как результат, возникает глобальная энергетическая проблема - наша планета становится теплее, возникает явление, называемое парниковым эффектом. Парниковый эффект может настолько изменить мировой климат, что произойдет расширение пустынь, образуются опустошающие смерчи, растает лед на полюсах, значительно поднимется уровень моря, множество побережий будут залиты водой.

Кроме того, время истощения энергетических ресурсов уже пришло. Ученые бьют тревогу, доказывая, что энергетических ископаемых запасов хватит на несколько десятков лет, затем потребление энергии снизится и благосостояние человечества тоже. Решение проблемы в быстром переходе общества к разумному потреблению энергетических запасов и разработке новых альтернативных и безопасных методов добычи энергии.

Сырьевая проблема включает в себя построение на двух уровнях - национальном и международном (глобальном) - механизма, регулирующего рациональное производство, распределение и использование сырьевых ресурсов, а также развитие технологической основы для достижения этих целей. Энергетическая проблема несет в себе необходимость сбалансированного развития структуры энергобаланса и учета пределов производства энергии, а также механизма распределения энергоресурсов. Энергетические ресурсы во всей истории цивилизации играли важную роль для ее развития. Взлет цивилизаций древности зиждился на энергетических ресурсах массы рабов (считается, что 1 кВт/ч электроэнергии эквивалентен работе человека в течение 8 ч).

Как область экономики, энергетика охватывает энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии. Она является одним из основных средств жизнеобеспечения человечества и в то же время обусловливает истощение невозобновимых природных ресурсов и примерно 50% загрязнения окружающей среды. Ресурсная ограниченность нашей планеты делает острой проблемой энергосырьевой безопасности. Действительно, если экологические перспективы цивилизации поставить в зависимость от одного фактора, отличного от «глобальных экологических благ», этим фактором будут энергетические ресурсы. Человечество постоянно использовало все новые источники энергии: первоначально уголь, затем нефть, позднее природный газ и атомную энергию. За последние полтора века применение этих источников позволило человечеству развить экономику высоких достижений при одновременном увеличении населения Земли в четыре раза.

На нефть среди разнообразных источников энергии (уголь, нефть, газ, ядерная энергия, гидроэлектростанции, энергия ветра и солнца, биоэнергия) в последнее столетие приходилось 40% используемой энергии. На второй по значимости источник энергии - газ приходилось 25%. Предположительно нефть сохранит значение ведущего источника энергии и к 2030 г.

В энергетике различают традиционную и альтернативную составляющие. Традиционная энергетика основана на получении энергии из углеводородных энергоносителей (уголь, нефть, природный газ), а также к ней относятся атомная и гидроэнергетика. Возможности этого вида энергетики ограничены исчерпаемостью энергоносителей и значительным загрязнением окружающей среды. Исключением при этом является гидроэнергия, использование которой сопровождается затоплением значительных территорий (особенно при строительстве гидростанций в равнинных условиях). Во избежание грядущих глобальных ядерных катастроф и ради выживания человечества необходимо общее комплексное снижение ядерной опасности не только путем прекращения ядерных испытаний, нераспространения ядерного оружия и высоких ядерных технологий, но и путем (может быть, в перспективе) постепенного отказа от АЭС.

В научной литературе фиксируются три подхода к использованию атомной энергии в мирных целях: 1) в одних странах (Швеция, Норвегия и др.) реализуется программа консервирования и демонтажа существующих АЭС; 2) в других (Австрия, Бельгия и др.) полностью отказались от строительства АЭС, так как они не рассматриваются более как перспективные; 3) в третьих странах (Китай, Россия) сохраняется ориентация на развитие атомной энергетики (при этом основное внимание уделяется разработке мер по обеспечению ядерной безопасности). По данным Всемирной атомной ассоциации, сегодня в мире работает 443 атомных реактора, 62 энергоблока строится и запланировано строительство еще полутора сотен. Лидер в атомной энергетике - США, здесь работают свыше сотни реакторов. Быстрее всех мирный атом развивает Китай. Пекин строит 27 реакторов, запланировано возведение 50 ядерных энергоблоков.

При выборе энергетических предпочтений следует учитывать, что весь цикл строительства, функционирования и демонтажа АЭС, включая радиоактивные отходы, представляет определенную угрозу ядерной безопасности [Глобалистика, с. 1290-12941.

Во-первых, риск подрыва ядерной безопасности (нс только локальной, но и глобальной) связан с самим процессом получения энергии. Несмотря на то что ядерное производство постоянно контролируется на всех его этапах, но определенная утечка радиоактивных загрязнений в окружающую среду все же происходит, в результате чего население подвергается непрерывному облучению малыми дозами, что ведет к возрастанию онкологических и генетических заболеваний.

Во-вторых, важно учитывать, ограниченный срок службы любой АЭС. Предполагается, что в начале XXI в. по причине устаревания будут остановлены первые крупные АЭС (стоимость этих операций равняется 50-100% затрат на их сооружение).

В-третьих, не менее сложной представляется проблема обеспечения длительного экологически безопасного хранения радиоактивных отходов.

В-четвертых, самую большую угрозу ядерной безопасности представляет возможность аварии на АЭС. К началу XXI в. зафиксировано уже более 150 аварий на АЭС с утечкой радиоактивности. Авария на АЭС «Фукусима» в Японии (2011) вновь вынесла на повестку дня вопрос безопасности мирного атома и может оказать негативное влияние на всю атомную энергетику в мире, хотя о долговременных последствиях судить еще рано. Миру нужна энергетическая альтернатива мирному атому. Безусловно, будут разработаны дополнительные нормативы по безопасности, что, в свою очередь, увеличит стоимость строительства ядерпых объектов.

Специалисты считают, что если мировое сообщество будет иметь свыше 1000 реакторов, то каждые 10 лет с большой вероятностью следует ожидать тяжелую аварию. Для обеспечения ядерной безопасности необходим эффективный международный контроль (повышается роль МАГАТЭ), особенно в условиях массовой приватизации ядерного энергетического сектора в мире, когда значительно ослабляется контроль государства над ним. В этих условиях требуется пересмотр прежних подходов к традиционным и освоение новых технологий получения энергии из альтернативных источников, которые, возможно, начнут играть в XXI в. значительную роль.

Так, Китай наращивает потребление основных источников топлива. Согласно новому пятилетнему плану развития Китая, к 2015 г. потребление газа в этой стране вырастет со 100 млрд до 250 млрд м 3 в год. Для газа на мировом энергетическом рынке наступили «золотые времена», как и для его производителей. Потребление растет во всех регионах мира, особенно в Юго-Восточной Азии. Впрочем, там же разрабатываются и новые проекты по его добыче. В Азиатско-Тихоокеанском регионе скоро появятся мощности по добыче до 90 млрд м 3 газа в год, уже строятся мощности на 60 млрд м 3 добычи. Не исключается появление в перспективе и нетипичных на сегодня источников газа. В США и Канаде уже добывают сланцевый газ. В Китае, Индонезии и Австралии находится большое количество угольного метана. Спрос на нефть как основное энергетическое сырье остается высоким. В 2010 г. Россия получила от продажи энергоносителей за рубеж около 230 млрд долл. [Современная мировая политика; Уткин].

Альтернативные источники энергии противопоставляются традиционной энергетике как более экологичные и представляют собой собирательное понятие, охватывающее возобновляемые источники энергии (тепловые насосы, ветровая энергия, солнечная энергия, энергия приливов, биотехнологические процессы). Они становятся экономически все более выгодными, поскольку стоимость солнечных батарей за последние десятилетия сократилась и ожидается продолжение этой тенденции. Развитие альтернативной энергетики стимулируют в Японии (солнечная энергетика), Бразилии (принятая программа финансовой поддержки производства этилового спирта из сахарного тростника позволила заменить этим горючим половину бензина, потребляемого автомобилями страны) и других странах.

Исторический опыт позволил выделить ряд главных узлов, которые связывают энергетику и мировую политику. Во-первых, гипертрофированность зависимости энергетики многих стран от одного-двух энергоносителей. Политические противоречия между государствами могут обостряться из-за физической нехватки источников энергии, резких колебаний цен на них, а также из-за экологических последствий используемых энергоносителей. Во-вторых, опасность большого физического объема мировой торговли энергоресурсами. Опасность заключается в уязвимости гигантской международной транспортной инфраструктуры. По каналам мировой торговли поступает около трети первичных ресурсов, в том числе 50% всей добычи сырой нефти, сотни миллионов тонн угля, десятки миллиардов кубометров природного газа. В целом протяженность магистральных нефтепроводов 27 стран (которые охватывает статистика ООН) достигает 436 тыс. км. Ежегодно по этой трубопроводной сети прокачивается более 2 млрд т нефти и нефтепродуктов. Растянутость и уязвимость международной транспортной энергетической инфраструктуры ведут к тому, что се поддержание и защита рассматриваются правительствами ряда стран как важнейшая задача.

В-третьих, выделяется еще одна группа проблем, которая связана с противоречиями между поставщиком и получателем энергоресурсов, региональными конфликтами. Возникающая из-за этого неуверенность в надежности существующих транспортных коммуникаций все чаще становится обоснованием новых военно-морских и военно-воздушных программ, военно-политических акций, проводимых на международном уровне.

В-четвертых, возрастающая потребность в энергии и одновременная трудность удовлетворения этой потребности делают энергетику предметом острой политической борьбы. Энергетический террор может стать в будущем средством угрозы демократическим реформам, правам личности, глобальному миру и безопасности.

Широкое внедрение энергосберегающих технологий и активное развитие альтернативных источников энергии с 1970-х гг. так и не избавили мир от доминирующей роли углеводородов. Более того, проблема нефтегазового дефицита приобретает угрожающие черты, периодически порождая разговоры о приближении критической точки.

Такие виды возобновляемой энергии, как солнечная, энергия ядерного синтеза, биоэнергия и энергия ветра, станут крайне важными в будущем. Однако инновации в сфере энергетики потребуют многомиллионных инвестиций, и если новые энергетические решения не будут внедрены достаточно быстро, производительность труда и связанный с ним экономический рост сократятся.

Безопасная для мира и человечества энергетика должна включать в себя три главных направления: 1) осуществление качественного скачка в деле снижения потерь при добыче, производстве, транспортировке, преобразовании и потреблении энергоносителей; 2) создание и решительное внедрение энергосберегающих технологий, машин и потребительских товаров; 3) активная разработка и внедрение возобновляемых источников энергии и энергоносителей (солнце, биомасса, реки, ветер, геотермальные источники, энергоресурсы морей и океанов).

Однако с 1973 г. соотношение между основными и неосновными источниками энергии практически не изменилось. Согласно расчетам Международного энергетического агентства (МЭЛ), незначительно оно изменится и к 2030 г. На возобновляемую, альтернативную и прочую нетрадиционную энергию по разным оценкам будет приходиться от 11,4 до 13,5% мирового энергоснабжения, при этом нефть и газ к 2030 г. будут обеспечивать более половины энергетических потребностей [Современная мировая политика; Уткин]. Поскольку сырьевая база высокоразвитых стран, их транснациональных компаний истощается, то растет вес сырьевых стран, в руках которых находится весьма важный стратегический ресурс мировой политики. Такое положение дел приводит к возрастанию потенциала противоречий и конфликтов. Его снижение требует осмотрительности и гибкости от участвующих в политике. Политическая борьба за ресурсы может значительно обостриться из-за возрастающей готовности ряда стран мира для решения своих энергетических задач полагаться на силу. В этом случае экологическая, ресурсная и в целом глобальная безопасность могут быть подорваны, что на какое-то время негативно отразится на эффективности международных усилий по реализации стратегии устойчивого развития и даже может блокировать их.

Энергетические проблемы человечества

Для того чтобы представить энергетические потребности че­ловечества и сравнить их с энергетикой процессов, происходящих в геосферах Земли, мы приводим эти энергетические величины в табл. 21.1.

Рассмотрение таблицы показывает, что у человечества есть в резерве мощные источники энергии. Однако их использование, вероятно, является делом далекого будущего. Таблица также показывает, что энергетика техногенных процессов уже стала соизмеримой с энергетикой крупных геофизических процессов.

Материалы данной главы базируются, в основном, на рабо­тах .

Природные ресурсы широко используются для получения энергии. Ископаемое топливо, радиоактивные элементы, потен­циальная энергия воды являются основными видами энергети­ческих ресурсов. При их использовании окружающей среде на­носится существенный вред.

Энергетика является основой благосостояния человечества. Во всем мире наблюдается непрерывный рост энергопотребле­ния. Например, в 50-70-х гг. XX в. среднедушевое потребление энергии возросло почти в два раза. За 200 лет глобальное по­требление энергии возросло почти в 30 раз и составило 13 Гт у. т. (тонна условного топлива (у. т.) равна 29,3 ГДж). Уровень жизни населения всех странах определяется обеспеченностью энергией, хотя обеспеченность энергией может сильно различаться, напри­мер, из-за климатических условий. Душевое потребление энергии является важнейшим показателем, характеризующим не только уровень благосостояния жителей страны, но и ее этап экономиче­ского развития. В наиболее богатых странах на душу населения приходится в год 10-14 т у.т. (США, Канада, Норвегия), в наи­более бедных - 0,3-0,4 т у. т. (Мали, Чад, Бангладеш). Абсолют­ные цифры душевого потребления топлива не дают представле­ния о том, как топливо расходуется. В странах, расположенных в тяжелых климатических условиях, имеющих значительную

485

3. Загрязнение гидросферы: тепловое загрязнение водоемов,
выбросы загрязняющих веществ, изменение режима под­
земных и поверхностных вод.

4. Загрязнение литосферы при транспортировке энергоноси­
телей и захоронении отходов, при производстве энергии.

5. Загрязнение радиоактивными и токсичными отходами
окружающей среды.

6. Изменение гидрологического режима рек гидроэлектро­
станциями и, как следствие, загрязнение на территории
водотока.

7. Создание электромагнитных полей вокруг линий электро­
передач.

8. Изменяется видовое разнообразие в районах размещения
объектов топливно-энергетического комплекса. "

9. Инициирование геологических процессов.

Топливно-энергетический комплекс поставляет в огромных количествах в окружающую среду оксид углерода, сернистый ангидрид, оксиды азота, углеводороды, сажу, тяжелые металлы, нефтепродукты, фенолы, хлориды, сульфаты и др.

Как добиться того, чтобы постоянный рост энергопотребле­ния не сопровождался ростом отрицательных последствий энер­гетики, учитывая, что в ближайшее время человечество ощутит ограниченность ископаемого топлива? В качестве путей решения проблемы можно указать следующие.

1. Экономия энергии. Степень влияния прогресса на эконо­мию энергии можно продемонстрировать на примере паро­вых машин. Как известно, КПД паровых машин 100 лет назад составлял 3-5%, а сейчас достигает 40%. Развитие мировой экономики после энергетического кризиса 70-х го­дов также показало, что на этом пути у человечества есть значительные резервы. В период с 1975 по 1985 г. энерго­емкость валового национального продукта США снизилась на 71%, Франции - на 70%, Японии - на 78%. Однако общее потребление энергии продолжало расти. Примене­ние ресурсосберегающих и энергосберегающих технологий обеспечило значительное сокращение потребления топлива и материалов в развитых странах.

Гл. 21. Экологические проблемы энергетики

2. Развитие экологически более чистых видов производства энергии.

Решить проблему, вероятно, способно развитие альтернатив­ных видов энергетики, таких как солнечная и геотермальная энергетика, ветровая энергетика, использование энергии океанов и других видов энергии. /По принятой терминологии все виды энергии, в основе которой*лежит солнечная энергия, называются возобновимыми источниками энергии. В Европе 6% энергии от ее общего потребления производится на основе использования биомассы и гидроэнергии.

Основные технологии, использующие возобновляемые источ­ники энергии, приведены в табл. 21.2.

Приведенный в таблице перечень достаточно широк, его рас­смотрение показывает, что в перспективе возобновимые виды получения энергии могут потеснить методы получения энергии, основанные на ископаемых видах топлива. В большинстве стран мира запасы возобновимых видов энергии намного превышают запасы невозобновимых видов энергии. Например, в США оцен­ки запасов общего объема энергии возобновимых видов составля­ют около 600 000 млрд баррелей нефтяного эквивалента, а оценки запасов общего объема энергии невозобновимых видов составля­ют около 45 000 млрд баррелей нефтяного эквивалента. Более реальные оценки, проведенные с учетом ограничений, наклады­ваемых на использование геотермальной и ветровой энергетики, уменьшают это превосходство запасов возобновимых видов энер­гии, но перспективность запасов сохраняется.

Пока возобновимые источники дают не более 20% общеми­рового потребления энергии. Основной вклад в эти 20% дают использование биомассы и гидроэнергетика. По мере совершен­ствования технологий возрастает вклад солнечной и ветровой энергетики. При определении перспектив развития того или иного вида энергетики встает вопрос об оценке экологического риска. Под экологическим риском подразумевается вероятность неблагоприятных для человека и биоты последствий загрязнений среды. Экологический риск включает экономические, экологи­ческие, биологические, социальные, токсикологические аспекты.

Основная часть электроэнергии производится в настоящее время на тепловых электростанциях (ТЭС). В 1989 г. в СССР на ТЭС было произведено 65%, на ГЭС - 24%, на АЭС - 11% . В 1997 г. в России доля разных источников в производ­ство электроэнергии была следующей: природный газ - 41,7%;

___________ Гл. 21 Экологические проблемы энергетики__________ 489

в десятки раз. В конечном счете, изменяется видовая структура экосистемы водоема - развитие сине-зеленых водорослей, изме­нение численности и видового состава планктона и рыбы На­пример, в заполярном озере Имандра, которое используется для охлаждения вод с Кольской АЭС, исчез холодолюбивый голец, но появилась теплолюбивая радужная форель. Известно много случаев, когда в водоемах охладителях средней полосы хоро­шо акклиматизируются рыбы теплолюбивых видов. Например, в водоеме-охладителе Березовской ТЭС акклиматизировались такие теплолюбивые виды, как пестрый толстолобик, буффало, а в водоеме охладителе Шахтинской ТЭС акклиматизировалась африканская рыба тиляпия. Иногда растительноядные теплолю­бивые виды «помогают» вести борьбу с зарастанием водоемов.

Испарительные градирни башенного типа, широко использу­емые на тепловых и атомных станциях, как оказалось, являются мощными источниками инфразвуковых шумов с частотами ме­нее 10 Гц. Излученные градирней инфразвуковые шумы слабо затухают и распространяются по акустическому каналу, сформи­рованному тепловым факелом градирни, на значительные рас­стояния. В этом состоит еще одно отрицательное воздействие ТЭС и АЭС на окружающую среду. Жители, попавшие в зону инфразвукового воздействия, могут испытывать изменения ар­териального давления и частоты сердечной деятельности.

Для тепловых электростанций характерно высокое радиаци­онное и токсичное загрязнение окружающей среды. Это обуслов­лено тем, что обычный уголь, его зола содержат микропримеси урана и ряда токсичных элементов (кадмий, кобальт, мышьяк и др.) в больших концентрациях, чем земная кора. При работе ТЭС радионуклиды и токсичные элементы поступают в атмосферу, почву, водоемы. Как следствие, радиационное загрязнение и за­грязнение токсичными элементами вокруг ТЭС, работающей на угле, выше фонового загрязнения в среднем в 10-100 раз.

Значительные территории вокруг ТЭС подвергаются дей­ствию кислотных дождей, золы, содержащей токсичные примеси. В зонах размещения ТЭС наблюдается хроническое угнетение растительности. Как следствие имеет место сокращение сельхоз­продукции, накопление токсичных элементов в растениях.

В РФ тепловые электростанции дают 90-95% общего поступ­ления выбросов в атмосферу от объектов энергетики твердых и жидких загрязнений, сернистого ангидрида, оксида азота. На­земные и водные экосистемы загрязняются, в основном, тепло­выми электростанциями.

Гл. 21. Экологические проблемы энергетики

При строительстве крупных тепловых станций или их ком­плексов загрязнение окружающей среды еще более значительно. При этом могут возникать новые эффекты, например, обуслов­ленные превышением скорости сжигания кислорода над ско­ростью его образования за счет фотосинтеза земных растений на данной территории или вызванные увеличением концентрации углекислого газа в приземном слое.

Из ископаемых источников топлива наиболее перспективным является уголь - это обусловлено тем, что его запасы огромны по сравнению с запасами нефти и газа. Главнейшие мировые запасы угля сосредоточены в России, Китае и США. В настоящее время основное количество энергии вырабатывается на ТЭС за счет использования нефтепродуктов. Таким образом, структура запасов ископаемого топлива не соответствует структуре его современного использования для производства энергии. В пер­спективе переход на новую структуру потребления ископаемого топлива вызовет значительные экологические проблемы, матери­альные затраты и крупные изменения во всей промышленности Ряд развитых стран мира уже начал структурную перестройку энергетики. Например, для концепции развития производства электроэнергии США характерно увеличение вклада угля при сокращении вклада газа и нефти.

Основные достоинства гидроэлектростанций - низкая се­бестоимость вырабатываемой электроэнергии, быстрая окупае­мость (себестоимость примерно в 4 раза ниже, а окупаемость в 3-4 раза быстрее, чем на тепловых электростанциях), высокая маневренность, что очень важно в периоды пиковых нагрузок, возможность аккумуляции энергии. Даже при полном использо­вании потенциала всех рек Земли можно обеспечить не более чет­верти современных энергетических потребностей человечества. В России пока используется менее 20% гидроэнергетического по­тенциала. Однако более полное использование гидроэнергетиче­ского потенциала РФ связано со значительными экономически­ми затратами, так как реки, перспективные для использования, расположены в труднодоступных регионах. В развитых странах эффективность использования гидроресурсов в 2-3 раза выше, чем в России, так что здесь у России есть определенные резервы.

Сооружение ГЭС на равнинных реках приводит ко многим экологическим проблемам. Водохранилища, необходимые для обеспечения равномерной работы ГЭС, вызывают изменения климата на прилегающих территориях на расстояниях до сотен километров, являются естественными накопителями загрязне­ний, в том числе радиоактивных. Если реализовать некоторые

491

Проекты ликвидации водохранилищ, то возникнет не менее слож­ная задача утилизации загрязнений, которые были накоплены в водохранилищах за длительное время. В водохранилищах раз­виваются сине-зеленые водоросли, ускоряются процессы эфтро-фикации, что приводит к ухудшению качества воды, нарушается функционирование экосистем. При строительстве водохранилищ нарушаются естественные нерестилища, происходит затопление плодородных земель, изменяется уровень подземных вод. Более перспективным является сооружение ГЭС на горных реках. Это обусловлено более высоким гидроэнергетическим потенциалом горных рек по сравнению с равнинными реками. При сооружении водохранилищ в горных районах не изымаются из землепользо­вания большие площади плодородных земель. Гидроэлектростан­ции малой и средней мощности не получили широкого распро­странения, так как удельные капиталовложения в них гораздо выше, чем в ТЭС и крупные ГЭС и АЭС. Однако в последнее время, в связи с возникшими трудностями с завозом топлива в районы Крайнего Севера и другие труднодоступные регионы, возобновился интерес к строительству гидроэлектростанций ма­лой и средней мощности. В рамках федеральной целевой про­граммы «Топливо и энергия», подпрограммы «Энергообеспече­ние районов Крайнего Севера и приравненных к ним территорий, а также мест проживания малочисленных народов Севера, Сиби­ри и Дальнего Востока за счет использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии и местных видов топлива» начато строительство гидроэлектростанций мощностью от десят­ков Вт до десятков МВт. Десятки гидроэлектростанций малой мощности сооружены в последние пять лет на Сахалине, Кам­чатке, Крайнем Севере, Алтае, в ряде района Урала.

В ряде развитых стран высока доля электроэнергии, выра­батываемой на атомных электростанциях (АЭС). Так во Фран­ции доля энергии, вырабатываемой на атомных электростанци­ях, достигает 77% в энергообеспечении страны, в ФРГ - 34%. АЭС не вырабатывают углекислого газа, объем других загряз­нений атмосферы и земель по сравнению с ТЭС также мал. При нормальном режиме работы АЭС радиоактивное загрязнение в районах станций мало по сравнению с естественным фоном и не оказывает заметного влияния на дозы облучения населения и биоты. Количество радиоактивных веществ, образующихся в период эксплуатации АЭС, сравнительно невелико. Радиологи­ческое воздействие отходов может проявится спустя длитель­ное время и на ограниченной территории. В этом заключается

Гл. 21. Экологические проблемы энергетики

Важное преимущество АЭС перед тепловыми станциями, ток­сическое воздействие отходов которых проявляется сразу и на больших пространствах. В течение длительного времени АЭС представлялись как наиболее экологически чистый вид электро­станций и как перспективная замена ТЭС, оказывающих влияние на глобальное потепление. Однако процесс безопасной эксплу­атации АЭС еще не решен, не решена проблема захоронения радиоактивных отходов, например, долгоживущего С 14 (период полураспада составляет 5 760 лет, и поэтому он может накап­ливаться в биосфере). Углерод является основой всех органиче­ских соединений, входит в состав молекул белков, ДНК. Входя в молекулы органических соединений, С 14 является внутренним облучателем.

С другой стороны, замена основной массы ТЭС на АЭС для устранения их вклада в загрязнение атмосферы в масштабе планеты не осуществима из-за огромных экономических затрат.

За период существования ядерной энергетики произошло три крупных радиационных аварии: в 1957 г. в Великобритании (Уиндскейл), в 1979 г. в США (Три-Майл-Айленд), в 1986 г. на Чернобыльской АЭС. По площади загрязнения и величине вы­брошенной активности Чернобыльская авария является наиболее тяжелой. В результате аварии радиоактивному загрязнению под­верглась территория не только СССР, но и других стран Европы, пострадавшим регионам нанесен значительный экономический ущерб. Чернобыльская катастрофа привела к коренному изме­нению отношения населения к АЭС, прежде всего в регионах размещения станций или их возможного строительства. В ряде стран возникла проблема социальной преемственности ядерной энергетики. Психологический стресс, связанный с проживанием на загрязненных территориях, переселением пострадавшего на­селения, сохранится в течение длительного времени. Поэтому перспектива развития атомной энергетики в ближайшие годы неясна.

Ограниченные возможности атомной энергетики и гидро­энергетики, ограниченность запасов ископаемого топлива (и в перспективе - исчерпание), необходимого для работы тепловых электростанций, их мощное тепловое воздействие на атмосферу заставляют более внимательно рассмотреть нетрадиционные ис­точники получения энергии.

Некоторые страны уже достигли значительных успехов в об­ласти использования нетрадиционных методов получения энер­гии. Например, Индия занимает 3-е место в мире по суммарной

Гл. 21. Эколо?ические проблемы энергетики 493

Мощности ветровых электростанций. В районах Гималаев широ­ко развернуто строительство малых ГЭС. суммарная мощность которых уже превысила 160 МВт. В деревенских общинах Индии строятся биогазовые установки, солнечные плиты, применение которых значительно сокращает поступление продуктов сгора­ния в атмосферу. Ветродвигатели на трех перевалах в Кали­форнии (Алтамонт, Техачапи, Сан-Горгонио) имеют суммарную мощность 1 500 МВт. Ветровые установки Дании дают более 5% всей вырабатываемой в стране энергии, причем стоимость элек­троэнергии, полученной на ветроэнергетических установках, уже ниже стоимости энергии, полученной на АЭС и ТЭС.

В России реализуется комплексная программа освоения нетрадиционных источников энергии. Программа была разра­ботана на 1991-2005 гг., она предусматривала доведение доли нетрадиционных источников энергии к 2000 г. до 0,8% объема внутреннего энергопотребления. Государственная научно-техни­ческая программа «Экологически чистая энергетика» определяет направление и темпы развития фотоэлектрических преобразо­вателей. Конкретные вопросы развития нетрадиционных видов энергетики решаются в рамках федеральной целевой программы «Топливо и энергия», подпрограммы «Энергообеспечение районов Крайнего Севера и приравненных к ним территорий, а также мест проживания малочисленных народов Севера, Сибири и Дальнего Востока за счет использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии и местных видов топлива». В России около 45% жилищ отапливается печами. В настоящее время в РФ около 70% территории с населением 10 млн человек относится к зоне децентрализованного энергоснабжения. Вы­работка электроэнергии в таких регионах производится, в основном, на бензиновых и дизельных генераторах малой мощности. Резкий рост стоимости привозного органического топлива делает удаленные районы Крайнего Севера и Дальнего Востока РФ перспективными для развития нетрадиционных источников энергии.

Солнечная энергетика

Мощность солнечной радиации, поглощенной атмосферой и земной поверхностью, составляет 10 5 ТВт (10 17 Вт). Эта вели­чина кажется огромной по сравнению с современным мировым энергопотреблением, равным 10 ТВт. Велики и другие потоки энергии у поверхности Земли. Так перенос тепла атмосферой

Гл 21. Экологические проблемы энергетики 495

Преобразователь представляет собой полупроводниковый диод большой площади. Эффективность поглощения света зависит от материала и толщины элемента Например, аморфный кремний поглощает в 50 раз эффективнее, чем кристаллический. Эффективность работы полупроводниковых преобразователей сильно зависит от чистоты материала. Чистота кремния должна составлять 99,99%, для обеспечения ее необходимы сложная технология и значительные затраты. Эффективность работы преобразователя также зависит от спектральной чувствитель­ности материала. Элементы на кристаллическом кремнии обла­дают чувствительностью в ультрафиолетовой части, видимой и в ближней инфракрасной областях солнечного спектра. Тео­ретически КПД преобразователя на кристаллическом кремнии достигает 28%.

Как уже говорилось, низкая плотность солнечного излучения является одним из препятствий его широкого использования. Для устранения этого недостатка при конструировании фото­электрических преобразователей используются различного рода концентраторы излучения. Для компенсации периодичности по­ступления солнечной энергии фотоэлектрические системы целе­сообразно включать в гибридные станции. На таких станциях в период плохих погодных условий выработка энергии может про­водиться за счет традиционных систем. Главные преимущества фотоэлектрических установок заключаются в следующем. Они не имеют движущихся частей, их конструкция очень проста, про­изводство технологично. Солнечные батареи собираются из од­нотипных модулей. Важным преимуществом фотоэлектрических преобразователей является устойчивая тенденция снижения их стоимости. В начале 90-х гг. в мире существовало около 20 круп­ных солнечных электростанций мощностью до 7 МВт, исполь­зующих фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии.

К недостаткам фотоэлектрических преобразователей можно отнести разрушение полупроводникового материала от времени, зависимость эффективности работы системы от ее запыленно­сти, необходимость разработки сложных методов очистки бата­рей от загрязнения. Все это ограничивает срок службы фото­электрических преобразователей.

Гибридные станции, состоящие из фотоэлектрических преоб­разователей и дизельных генераторов, уже широко используются для электроснабжения на территориях, где нет распределитель­ных электрических сетей. Например, система такого типа обес­печивает электроэнергией жителей Кокосового острова, распо­ложенного в Торресовом проливе.

Гл. 21. Экологические проблемы энергетики 497

Тепловой аккумулятор, который обеспечивает смягчение
зависимости от суточной изменчивости и погодных усло­
вий;

Теплообменники, образующие нагревательный и охлади­
тельный источники тепловой машины.

Системы улавливания солнечной радиации, в зависимости от конструкции, обеспечивают разные степени концентрации. Малая степень концентрации (до 100) получается при исполь­зовании, например, параболических отражателей, ось которых перпендикулярна плоскости движения Солнца. Средняя степень концентрации (до 1000) может быть обеспечена применением фокусирующих гелиостатов, управляемых по двум степеням сво­боды. Примером такого гелиостата является зеркало в форме параболоида вращения, ось которого ориентируется на Солн­це. Высокая степень концентрации (более 1000) осуществляет­ся оптической системой, состоящей из плоских гелиостатов и параболоидного отражателя. Система аккумуляции позволяет смягчить влияние изменчивости погодных условий и суточной изменчивости. Аккумулирование может быть кратковременным для предотвращения колебаний тепловой нагрузки из-за облач­ности, суточным - для выработки электроэнергии в темное вре­мя суток и сезонным - для обеспечения энергией потребителей в неблагоприятные сезоны. Аккумуляция энергии, как правило, осуществляется за счет накопления тепла. Низкотемпературные системы аккумуляции (до 100°С), в частности водяные, широко применяются для отопления зданий и горячего водоснабжения. В низкотемпературных системах используются также фазовые переходы и обратимые реакции гидратации и сольватации солей и кислот. Для среднетемпературного аккумулирования (от 100 до 550 °С) используются гидраты оксидов щелочно-земельных металлов. Высокотемпературное аккумулирование (температура выше 550 °С) осуществляется с помощью обратимых экзоэндо-термических реакций.

Тип термодинамического цикла и рабочего тела определяется областью рабочих температур теплового двигателя.

В настоящее время идеи термодинамического преобразования реализуются в схемах двух типов: гелиостаты башенного типа и станции с распределенным приемником энергии.

На гелиостанции башенного типа энергия от каждого ге­лиостата передается оптическим способом. Управление гелиоста­тами осуществляет ЭВМ. До 80% стоимости станции составля­ет стоимость гелиостатов. Система сбора и передачи энергии в

Гл 21 Экологические проблемы энергетики 499

Солнечные станции на околоземной орбите. Конструкторы пред­полагают разместить на геосинхронной орбите солнечные бата­реи большой мощности. Размещение станции на геосинхронной орбите обеспечивает расположение станции над определенным пунктом Земли. Энергия на земную поверхность передается в форме высокочастотного электромагнитного излучения. Плот­ность солнечного излучения на геосинхронной орбите оказыва­ется выше, чем на Земле. Соответствующий выбор положения плоскости орбиты обеспечивает почти круглогодичное поступле­ние солнечной энергии на батареи станции Не возникает про­блемы очистки панелей станции и нарушения землепользования, теплового загрязнения.

Биоконверсия солнечной энергии

Биомасса, как источник энергии, используется с древнейших времен. В процессе фотосинтеза солнечная энергия запасается в виде химической энергии в зеленой массе растений. Запасенная в биомассе энергия может быть использована в виде пищи челове­ком или животными или для получения энергии в быту и произ­водстве. В настоящее время до 15% энергии в мире производится из биомассы Из одной тонны древесных опилок современные технологии позволяют получить 700 кг жидкого топлива, а в России находится 20% лесных ресурсов планеты.

Самый древний, и еще широко применяемый, способ получе­ния энергии из биомассы заключается в ее сжигании. В сельской местности до 85% энергии получают этим способом. Как топливо, биомасса имеет ряд преимуществ перед ископаемым топливом. При сжигании биомассы выделяется в 10-20 раз меньше серы и в 3-5 раз меньше золы, чем при сжигании угля. Количество углекислого газа, выделившегося при сжигании биомассы, равно количеству углекислого газа, затраченного в процессе фотосин­теза. Таким образом обеспечивается нулевой баланс эмиссии ок­сида углерода.

Энергию биомассы можно получать из специальных сель­скохозяйственных культур. Например, в субтропическом поясе России предлагается выращивать карликовые породы быстро­растущего вида папайи. С одного гектара за 6 месяцев на опыт­ных участках получают более 5 т биомассы по сухому весу, которую можно использовать для получения биогаза. Биомассу можно также использовать для получения биологически актив­ных пищевых и кормовых добавок. К перспективным видам относятся быстрорастущие деревья, растения, богатые углево­дами, которые применяются для получения этилового спирта.

Гл 21 Экологические проблемы энергетики

Для производства этилового спирта наиболее широко исполь­зуется сахарный тростник. В Бразилии чистый этанол и смесь этанола с бензином являются широко распространенным видом топлива. Такое биотопливо легко хранить и транспортировать, оно обладает высокой теплотворной способностью, более полно сгорает в двигателе. При сгорании такого топлива атмосфе­ра загрязняется гораздо меньше, чем при сжигании обычного топлива. Бразилия, приступившая к использованию этанола в качестве автомобильного топлива в 70-е гг., обладает лучшей в мире технологией его производства. К числу перспективных методов биоконверсии относится способ получения моторного топлива (метилового эфира) из семян рапса. Моторное топливо на основе рапса, обладая характеристиками, близкими к дизель­ному топливу, практически не дает выбросов вредных веществ. В Чехии производится около 1 млн т биодизельного топлива в год. В США разработан способ производства спирта из кукурузы, в Италии ведутся работы над разработкой способа рентабельного производства спирта из сорго. Около 200 автобусов в Стокгольме уже работают на спирте.

Широко распространенный способ получения энергии из био­массы заключается в получении биогаза путем анаэробного пе-ребраживания. Такой газ содержит около 70% метана. Биомета-ногенез был открыт еще в 1776 г. Вольтой, который обнаружил метан в болотном газе. Биогаз позволяет использовать газовые турбины, являющиеся самыми современными средствами теп­лоэнергетики. Для производства биогаза используются органи­ческие отходы сельского хозяйства и промышленности. Это на­правление является одним из перспективных и многообещающих способов решения проблемы энергообеспечения сельских райо­нов. Например, из 300 т сухого вещества навоза, превращенного в биогаз, выход энергии составляет около 30 т нефтяного экви­валента. Более перспективным является термохимическое преоб­разование биомассы, в котором синтетический газ получается в процессе сжигания биомассы при температуре 800-15 000 °С. Га­зотурбинные электростанции с установками газификации имеют КПД 40-45%.

В Индии, Китае эксплуатируются несколько десятков милли­онов установок для производства биогаза в сельской местности.

Биомассу для последующего получения биогаза можно вы­ращивать в водной среде, культивируя водоросли и микроводо­росли.

Гл 21 Экологические проблемы энергетики 503

Сравнительно низкая плотность, сильная изменчивость во вре­мени и высокая стоимость волновых энергетических установок.

В настоящее время накоплен значительный объем инстру­ментальных измерений ветрового волнения в Мировом океане. На основе этих данных волновая климатология определяет рай­оны с наиболее интенсивным и постоянным волнением. Потери волновой энергии за счет прибоя для земного шара оцениваются в 2 ■ 10 9 кВт. Общая длина береговой линии равна 200000 км, т. е. в среднем на метр береговой линии приходится 10 кВт. Однако существуют районы побережья, в которых средняя волновая мощность значительно выше. Они постоянно подвергаются воз­действию океанских волн, длиной 50-200 м, высотой более 2-5 м. Образование этих волн не обязательно связано с действием мест­ных ветров. Волны, возникшие в одной части океана, способны проходить огромные расстояния в сотни и тысячи миль, так как они слабо затухают в глубоком океане. Согласно некоторым оцен­кам среднегодовая мощность волн, приходящаяся на каждый метр западного побережья Великобритании, достигает 80 кВт, а полная волновая мощность побережья равна 120 ГВт, что примерно в 5 раз превышает современные потребности электро­энергии в стране. На многих участках шельфовой зоны США и Японии плотность волновой энергии составляет около 40 кВт/м.

В большинстве преобразователей волновой энергии исполь­зуют двухступенчатую схему преобразования, на первом этапе осуществляется передача энергии от волны к телу-поглотителю и решается задача концентрирования волновой энергии. На вто­ром этапе поглощенная энергия преобразуется в вид, удобный для потребления. Существует три основных типа проектов по извлечению волновой энергии. В первом используется метод по­вышения концентрации волновой энергии и превращения ее в потенциальную энергию воды. Во втором - тело с несколькими степенями свободы находится у поверхности воды. Волновые силы, действующие на тело, передают ему часть волновой энер­гии. Основным недостатком такого проекта является уязвимость тела, находящегося под действием волн. В третьем типе проектов система, поглощающая волновую энергию, находится под водой. Передача волновой энергии приемному устройству происходит под действием волнового давления или скорости. Более общей классификацией волновых преобразователей является их деле­ние на активные и пассивные. К активным типам преобразо­вателей волновой энергии относятся преобразователи, имеющие

Гл. 21 Экологические проблемы энергетики

Имени ее изобретателя. В Англии, где был предложен целый ряд усовершенствований установки, она называется осциллирующим водным столбом. Устройства подобного типа уже широко исполь­зуются для энергообеспечения автономных буйковых станций.

Сила, с которой волны воздействуют на сооружения в бе­реговой зоне, достигает нескольких тонн на квадратный метр. Это силовое воздействие тоже может быть использовано для преобразования волновой энергии. Представим себе буй с основа­нием в виде трапеции, заякоренный в прибрежной зоне. Широкая сторона трапеции обращена в сторону океана - это позволяет концентрировать волновую энергию. Эта сторона буя открыта для волн. Внутри буй разделен на секции, которые заверша­ются цилиндрами с поршнями. Волны, воздействуя на поршни, приводят в движение воздух, который в свою очередь движет воздушную турбину. При размере основания в 350 м и высоте буя в 20 м мощность составит около 100 МВт.

Преобразователи волновой энергии, в которых имеется значи­тельное число подвижных частей, чувствительны к воздействию морской воды и нерегулярных силовых нагрузок. Поэтому пред­почтение отдается системам с минимальным числом движущих­ся частей.

Параллельность берегу гребней волн в прибрежной зоне, обусловленная явлением рефракции, используется в следующем типе преобразователя волновой энергии. Цилиндр положитель­ной плавучести полностью погружается в воду. Ось цилиндра параллельна гребню падающей волны. На заданной глубине ци­линдр удерживается при помощи четырех тросов, обладающих нейтральной плавучестью. К концам тросов крепится пружин­ная нагрузка. Такая система крепления позволяет перемещаться цилиндру в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Если гребень падающей волны параллелен оси цилиндра, то цилиндр будет совершать движение, подобное тому, которое совершают частицы воды в волне. Расположение дополнительных цилин­дров с другими параметрами позволяет расширить диапазон длин волн, в котором происходит эффективное поглощение вол­новой энергии. Полное заглубление цилиндров повышает эксплу­атационную надежность системы по сравнению со схемами, в которых движущиеся части расположены на поверхности воды.

В качестве перспективных типов преобразователей волновой энергии в последнее время рассматриваются индукционно-ем-костные преобразователи волновой энергии. В преобразователях такого типа одной обкладкой конденсатора является волновая

Гл 21 Экологические проблемы энергетики