Энергетика
ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ И ВОЗМОЖНЫЕ СПОСОБЫ ИХ РЕШЕНИЯ
В.Я. Ушаков
Томский политехнический университет E-mail: [email protected]
Рассмотрены три группы основных проблем, связанных судовлетворением растущего спроса на энергию: дефицит энергоресурсов и энергии, нарастающая нагрузка на окружающую среду, геополитические и социальные угрозы. На основе анализа «энергетической картины» современного мира показано, что основным способом решения этих проблем является реализация концепций энергосбережения и энергозамещения. Приведены основные причины неоправданно высокой энергоёмкости экономики России, потенциал энергосбережения и государственные и общественные меры по его реализации. Раскрыта концепция энерго замещения - замещение традиционных первичных энергоресурсов вспомогательными/альтернативными топливными ресурса -ми и нетрадиционными возобновляемыми источниками энергии, а также освоение альтернативных способов получения электрической и тепловой энергии. Подчёркнута важная роль в обеспечении энергетической безопасности формирования справедливого мирового энергетического рынка.
Ключевые слова:
Энергетическая безопасность, энергосбережение, энергозамещение, нетрадиционное топливо, возобновляемые источники энергии, альтернативные способы производства энергии.
Energy safety, energy saving, energy substitution, non-traditional fuel, renewable power sources, alternative way energy production.
«Энергетическая картина» мира
Исключительная важность для современной цивилизации удовлетворения её потребностей в энергии нашла отражение во введении в обиход такой характеристики как «энергетическая безопасность», которая является одним из важных элементов национальной безопасности страны (наряду с военной, экономической, экологической, продовольственной и другими видами безопасности) . В Энергетической стратегии России до 2030 г. (ЭС-2030) «энергетическая безопасность» трактуется как «состояние защищённости страны, её граждан, общества, экономики от угроз надёжному топливо- и энергообеспечению». Существует практически линейная зависимость от энергетического благополучия (выраженного, например, в кВт-ч электроэнергии, потребляемой одним её жителем в год) индекса человеческого развития - введённой ООН количественной характеристики состояния общества/государства.
В индексе учтены три основных параметра:
Ожидаемая средняя продолжительность жизни человека,
Образованность (грамотность взрослого населения и охват населения тремя ступенями образования - начальным, средним и высшим);
Материальный уровень жизни, определяемый величиной реального ВВП на душу населения, который пропорционален энергообеспеченности. Для России индекс человеческого развития составляет 0,80 (60-е место из 173 стран), а для Норвегии - страны с наибольшим душевым потреблением энергии и с одним из самых высоких в мире жизненных стандартов, он достигает 0,98 (1-е место). Эксперты ООН, учитывая особую важность не только количественных, но и качественных показателей энергопотребления, рассматривают возможность введения в индекс человеческого развития ещё одного показателя - энергоёмкости единицы ВВП.
Россия предлагает мировому сообществу проект Конвенции по обеспечению глобальной энергетической безопасности, которую планируется обсудить на форуме АТЭС в 2012 г. Новая доктрина энергетической безопасности страны разрабатывается под эгидой Совета безопасности РФ. (Работа должна быть завершена до конца 2011 г.).
Весь ХХв. характеризовался быстрым ростом потребления первичных энергоресурсов и электрической энергии - суммарное мировое потребление энергии увеличилось в 15 раз, а душевое - в 4,4 раза. (Различие обусловлено увеличением численности населения от 1,6 до 6 млрд человек). Одновре-
менно происходило освоение первичных источников энергии со всё более высоким энергосодержанием: каменного угля, нефти, газа, урана. Это послужило материальной основой научно-технического прогресса и обеспечило многократное увеличение производительности труда: в мире в среднем - в 4,5 раза, в Японии - в 15,5, в Норвегии - в 11,5, в Германии и США - в 5,6, в России - в 3,16.
Первое десятилетие нового столетия не внесло радикальных изменений в «энергетическую картину» мира, в сформировавшиеся тенденции . Продолжает возрастать потребление энергии, несмотря на периодически случающиеся экономические кризисы и вызванные ими кратковременные снижения энергопотребления (рис. 1) .
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2001 2010 2015 2020 2025
Рис. 1. Динамика мирового потребления первичной энергии (в британских тепловых единицах - ВТи. 1ВТи = 252 кал.)
1. Основные проблемы общества, связанные с энергетикой
Можно говорить о «триаде энергетических проблем», в наибольшей мере влияющих на все стороны жизни человека и затрагивающих сами основы устойчивого развития цивилизации.
Эту триаду составляют:
Дефицит энергоресурсов и электроэнергии (журналисты назвали эту проблему как «энергетический голод»);
Угроза благополучию окружающей среды вследствие техногенного воздействия объектов энергетики (угроза «экологического инфаркта»);
Геополитические и социальные угрозы.
Первая проблема, связанная с исчерпаемостью
(невозобновляемостью) основных на сегодня и на достаточно отдалённую перспективу энергетических ресурсов (из них сегодня вырабатывается более 80 % электроэнергии), усугубляется крайней неравномерностью их распределения по планете. Даже в рамках «большой восьмёрки» энергообеспеченность (отношение объёма наличных энергоресурсов к их потребному объёму) изменяется в пределах порядка величин, рис. 2.
Существуют 2 способа повышения энергообеспеченности: 1) поиск и освоение собственных энергоресурсов (невозобновляемых и возобновляемых); 2) энергосбережение и повышение энергоэффективности.
Рис 2. Энергообеспеченность стран «большой восьмёрки» (отношение объёма наличных энергоресурсов к их потребному объёму), на основе
Энергодефицитные страны вынуждены тратить значительную часть своего ВВП на закупку энергоресурсов, что негативно влияет на экономику и социальную сферу. К тому же они оказываются уязвимыми для политических и социальных катаклизмов в странах-поставщиках энергоресурсов на мировой рынок.
Кажется парадоксальным, но проблема энергоресурсов есть и у энергоизбыточных стран. Речь идёт об опасности для них «сесть на нефтегазовую иглу», т. е. жить за счёт природной ренты. Сырьевая траектория развития экономики страны, привлекательная простотой реализации в начале, оборачивается опасной зависимостью от конъюнктуры на мировом энергетическом рынке, ослаблением стимулов инновационного развития. Россия в последние десятилетия оказалась, фактически, в числе таких стран. Не случайно отказ от сырьевой модели развития экономики, переход на инновационный путь развития объявлены руководством страны и воспринимаются обществом важнейшей задачей.
Вторая проблема - экологическая - нарастает по мере роста масштабов энергетики. А эти масштабы и используемые энергетикой технологии на сегодня таковы, что более 50 % техногенных выбросов в атмосферу парниковых газов приходятся на объекты энергетики. Энергетика интенсивно загрязняет также литосферу и гидросферу. Потоки энергии в энергосистемах становятся соизмеримыми или даже превосходящими потоки энергии в крупномасштабных природных системах и процессах, табл. 1 .
Таблица 1. Сопоставление мощностей потоков энергии природного и антропогенного характера
Энергия, ТВт
Параметры В настоящее В середине
время XXI в.
Антропогенная энергия 12...14 55.100
Мощность электростанций 4,8 25.40
Тепловой потенциал океанов и суши 2,0...2,5
Приливы и отливы 5. 6
Ураганы (торнадо) 20.30
Землетрясения 25.40 и более
Всё это негативно влияет на климат («парниковый эффект», сопровождающийся повышением температуры атмосферы) и на погоду (проявляется
в аномально большой нестабильности). Техногенные аварии на энергетических объектах вследствие их огромных масштабов и мощностей стали приобретать черты техногенных катастроф. (Ближайшие примеры - аварии на нефтяной платформе в Мексиканском заливе и на японской АЭС «Фукусима-1»).
Неравномерность распределения энергоресурсов на Земле, которая воспринимается как несправедливость не только частью обывателей энергодефицитных стран, но и некоторыми политическими и государственными деятелями, создает основу третьей проблемы. Её следствиями являются:
Неоднократно предпринимавшиеся попытки насильственного передела энергетических ресурсов (экономическими, политическими и даже военными средствами);
Угроза массовой неконтролируемой миграции населения вследствие катастрофического изменения климата и вызванного им голода;
Опасность перерастания социальной напряжённости в социальный взрыв при ухудшении условий жизни.
Международное энергетическое агентство (МЭА) в 2008 г. разработало базовый и два вариативных варианта мирового энергопотребления до 2050 г. при одинаковых макроэкономических параметрах развития экономики.
В базовом варианте ожидается:
Увеличение объёма потребления энергии с
11,428 млрд т.н.э. в 2005 г. до 23,268 млрд т.н.э. в 2050 г.;
Рост концентрации парниковых газов с
0,0385 % в 2005 г. до 0,055 % в 2050 г.;
Рост температуры атмосферы Земли на 6 °С и, как следствие, угрожающие изменения в условиях жизни населения и необратимые изменения в природных процессах.
За этот период мировые инвестиции в топливно-энергетический комплекс должны составить 254 трлн долл. (6 % от ВВП).
В первом вариативном варианте предусмотрено:
Удержание роста температуры атмосферы на уровне не выше 2...2,5 °С от уровня 2005 г., что требует снижения выбросов СО2 на 50.85 %;
Эффективность использования энергоресурсов и энергии должна увеличиваться на 1,4 % в год и обеспечиваться уже освоенными технологиями или новыми с высокой степенью готовности к применению.
Реализация этого варианта требует дополнительно 17 трлн долл. инвестиций.
Во втором вариативном варианте предусмотрено:
Сокращение объёмов выбросов к 2050 г. на 50 % по сравнению с уровнем 2005 г.;
Снижение потребления энергии с темпом 1,7 % в год за счёт применения совершенно новых высокоэффективных энергетических технологий, находящихся только в процессе разработки. Затраты на НИОКР по новым технологиям,
на их продвижение на рынок и коммерциализацию потребуют дополнительно 45 трлн долл.
2. Способы решения проблем
2.1. Концепции развития энергетики
Большинство экспертов приходят к выводу, что решение проблемы удовлетворения растущих потребностей человечества в энергии по приемлемым ценам и при минимальном ущербе окружающей среде в любом из прогнозируемых вариантов развития энергетики лежит на пути реализации концепций энергосбережения и энергозамещения в сочетании с наращиванием объёмов добычи традиционного топлива и вовлечением во всё больших масштабах в энергетическое производство вспомогательных /альтернативных топливных ресурсов (ВТР).
Концепция энергосбережения заключается в повышении эффективности обращения с энергоресурсами на всех этапах их жизненного цикла: от поиска - разведки - добычи до производства из них электрической и тепловой энергии - транспортировки энергии к удалённым потребителям -её распределения и, наконец, - потребления. Термин «энергосбережение» в Федеральном законе от 23.11.2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и
о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» трактуется как «...реализация организационных, правовых, технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объёма используемых энергетических ресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования (в т. ч. объёма произведённой продукции, выполненных работ, оказанных услуг)».
Концепция энергозамещения означает постепенный переход от традиционного топлива (газа, угля, нефти, урана) и ВТР к нетрадиционным возобновляемым источникам энергии (НВИЭ), а также освоение новых технологий получения электрической и тепловой энергии, которые во второй половине столетия могут существенно изменить облик энергетики, снять или хотя бы уменьшить остроту существующих проблем - ресурсных, экологических и геополитических .
Обе концепции должны реализовываться одновременно с постепенным усилением акцента на энергозамещение, поскольку у энергоэффективности есть пределы роста в виде физических законов. Эксперты МЭА определили «дорожные карты» новых ключевых энергетических технологий, развитие которых наряду с наиболее эффективными существующими способно обеспечить устойчивое, безопасное и эффективное развитие мировой энергетики в долгосрочной перспективе . «Дорожные карты» разработаны для каждого вида новых технологий и предназначены для оценки соответствия их параметров целевым ориентирам развития мировой энергетики, а также выявления конкретных мер научного, технического, финансового и коммерческого характера, которые необходимо принять с целью продвижения их на энергетические рынки.
2.2. Энергосбережение
Отправной точкой для проведения активной целенаправленной политики в области энергосбережения можно считать нефтяной кризис 1973-1974 гг., повлекший за собой рост цены на нефть и последовавшие за этим резкий спад производства, рост безработицы и инфляции в США и странах Западной Европы. Выход был найден, прежде всего, в экономии энергоресурсов за счёт: а) разработки и реализации программ энергосбережения во всех сферах экономики и в социальной сфере; б) в стимулировании расширения масштабов использования НВИЭ; в) в структурной перестройке экономики.
Для нашей страны последствия кризиса были иными - существенное увеличение доходной части бюджета вследствие роста цен на нефть и газ и увеличения объёма их экспорта. Переориентация высокоразвитых стран на энергоэффективный путь развития в нашей стране осталась незамеченной или не принятой во внимание. Развитие экономики продолжало планироваться без серьёзного учёта энергоёмкости ВВП. На сегодня она в нашей стране выше в 3,5.4 раза по сравнению с передовыми странами, а объём избыточно потребляемых энергоресурсов, который фактически является потенциалом энергосбережения, достигает 40.45 % от общего энергопотребления. По оценкам Всемирного Банка, для его реализации необходимы инвестиции в объёме 320 млрд долл., но и окупятся они всего за 2-3 года.
Энергосбережение является привлекательным направлением решения экономических и экологических проблем энергетики: а) соотношение между объёмами инвестиций в энергосберегающие мероприятия и затратами на выработку количества энергии, равного сэкономленному, оценивается в среднем как 1:3; б) энергосбережение борется не с негативными последствиями для окружающей среды производства энергии, а с первопричиной -избыточным её потреблением и, соответственно, производством.
Основными факторами, обусловливающими большую энергоёмкость российской экономики, являются следующие.
1. Суровые климатические условия на территории России (только 2 % населения Земли, кроме россиян, живут в подобных климатических условиях) - 20,6 %.
2. Большие расстояния (первое место в мире по размерам территории) и большие энергозатраты на их преодоление - 18,3 %.
3. Устаревшие технологии и изношенное оборудование - 24,4 %.
4. Низкие, по сравнению с большинством зарубежных стран, цены на энергоресурсы, не стимулирующие энергосбережение, - 14,6 %.
5. Энерго- и ресурсорасточительный менталитет российских граждан - 10,4 %.
6. Несовершенная нормативно-правовая база энергосбережения, несовершенство учёта ТЭР и слабый энергетический надзор - 11,7 %.
Лишь переход на рыночный путь развития, сопровождавшийся резким повышением цен на энергоресурсы внутри страны, снижение конкурентоспособности российских товаров на внутреннем и внешнем рынках, поиск путей выхода из кризиса заставили руководство страны объявить в середине 90-х гг. прошлого века энергосбережение важнейшей компонентой государственной политики. Стартовые условия для реализации такой политики оказались чрезвычайно тяжелыми: «задержка на старте» на четверть века и, как следствие, отсутствие нормативно-правовой базы, слабая материально-техническая, методическая и кадровая база организации энергосбережения. Ситуация осложнялась большим моральным и физическим износом основных фондов в отраслях экономики, а также утерей населением традиций бережливости и рачительного отношения к природным богатствам. Движение по пути активного энергосбережения началось с создания соответствующей нормативно-правовой базы: федеральных законов, указов президента и постановлений правительства (только на федеральном уровне выпущено несколько десятков документов). Благодаря этому, за последние 15 лет удалось достичь определённых результатов:
Энергосбережение всё чаще стало восприниматься не как очередной лозунг, а как насущная необходимость;
Во всех субъектах РФ действуют программы энергосбережения, центры энергосбережения, сотни программ энергосбережения муниципалитетов и отдельных предприятий/организаций. Создано большое число общественных объединений в сфере энергосбережения, начались подготовка и переподготовка специалистов, международное сотрудничество;
В период с 2000 по 2009 гг. энергоёмкость в стране снижалась примерно на 4 % в год (но только
1 % из них следует относить на счёт собственно энергосбережения, а 3 % обеспечивались структурными изменениями в экономике).
Однако такие темпы снижения удельной энергоёмкости ВВП не отвечают требованиям перехода страны на инновационный путь развития, не обеспечивают решение общей для всех граждан задачи - распорядиться богатейшими энергоресурсами так, чтобы не решать проблемы сегодняшнего дня в ущерб будущим поколениям.
Объективная оценка сложившейся ситуации послужила побудительным мотивом для принятия в последние годы важных решений по данной проблеме:
Вышел Указ Президента РФ от 04.05.2008 г. № 889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики»;
Принят новый Федеральный закон от 27.11.2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»,
В указе Президента от 07.07.2011 г. № 899 «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники» среди 8 приоритетных направлений одно - «Энергоэффективность, энергосбережение, атомная энергетика».
За 1,5 года после принятия ФЗ № 261 с целью создания условий для его реализации принято большое количество нормативно-правовых актов и других документов: указ Президента от 13.05.2010 г № 579 «Об оценке эффективности деятельности органов исполнительной власти субъектов РФ и органов местного самоуправления городских округов и муниципальных районов в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности», более 10 постановлений и распоряжений правительства, столько же приказов министерств и федеральных служб. Уже в процессе исполнения закона выявлено большое количество недоработок и упущений, которые, вероятно, будут учтены в подзаконных актах, а возможно и в новой редакции закона.
2.3. Замещение традиционных первичных энергоресурсов
2.3.1. Вспомогательные/альтернативные топливные ресурсы
По мере удорожания традиционных энергоресурсов (вследствие роста энергопотребления и истощения месторождений, удобных для разработки) возрастает интерес к вспомогательным/альтернативным топливным ресурсам ВТР - горючим сланцам и битуминозным пескам, тяжёлой (с повышенной вязкостью) нефти, попутному нефтяному газу, угольному (шахтному) метану, горючим бытовым и промышленным отходам, газогидратам. По всем видам ВТР (кроме газогидратов) на сегодня разработаны и освоены технологии их добычи и преобразования в электрическую и тепловую энергию. Первоочередной задачей здесь является улучшение экономических показателей производства энергии из ВТР до конкурентного уровня.
Вовлечение в хозяйственную деятельность уже освоенных ВТР в крупных масштабах хотя и «не сделает погоду» в большой энергетике, но будет способствовать решению ряда задач:
Продление срока жизни нефтяного и газового секторов топливно-энергетического комплекса;
Сдерживание роста цен на углеводороды;
Увеличение числа стран и регионов, имеющих собственное энергетическое сырьё.
Гигантские запасы метана в газогидратах
и столь же гигантские трудности его извлечения без ущерба окружающей среде требуют сопоставимых финансовых затрат. В развитых и в некоторых развивающихся странах (Япония, Южная Корея, США, Канада, Великобритания, Франция, Россия, Китай, Индия и др.) ведётся поиск и разведка месторождений газогидратов и разработка технологий извлечения из них метана. Эксперты отводят на освоение энергетикой газогидратов несколько
десятилетий (примерно до середины столетия). Полагают, что при успешном решении этой задачи проблема «энергетического голода» отодвинется на неопределённый срок.
2.3.2. Нетрадиционные возобновляемые
источники энергии
Нетрадиционные возобновляемые источники энергии НВИЭ - это энергоресурсы постоянно существующих природных процессов на планете, а также энергоресурсы продуктов жизнедеятельности биоценозов растительного и животного происхождения. (Давно освоенный энергетикой возобновляемый источники энергии - гидроэнергия крупных рек - не включается в число НВИЭ. При его учёте используется обобщающий термин «возобновляемые источники энергии» - ВЭИ).
К НВИЭ относят: биомассу, солнце, ветер, земные недра, водотоки (малые реки, каналы), воды морей и океанов, содержащих потенциальную энергию градиентов температуры, кинетическую энергию приливов и отливов, волн и течений, а также химическую энергию градиентов солёности. В последние годы сюда же относят горючие бытовые и производственные отходы.
Характерной особенностью ВИЭ является их неистощимость, либо способность восстанавливать свой потенциал за короткое время - в пределах срока жизни одного поколения людей. По оценкам экспертов, мировой потенциал НВИЭ составляет 20 млрд т.у.т., что в 2 раза больше нынешней добычи минерального топлива , табл. 2.
Таблица 2. Ресурсы ВИЭ в мире и России, млн т.у.т.
Вид энергии Теоретические Технические
Мир Россия Мир Россия
Энергия Солнца 1,3.108 2,3"106 5,3-104 2,3103
Энергия ветра 2,0105 2.6-104 2,2"104 2,0103
Геотермальная энергия (до глубины 10 км) 4,8109 - 1,7"105 1,0102
Энергия мирового океана 2,5"105 - - -
Энергия биомассы 9,9104 104 9,5"103 53
Гидроэнергия 5,0103 3,6"102 1.7-103 1,2"102
Как отмечено выше, нефтяной кризис 1973-1974 гг., дал старт крупномасштабному использованию в энергетике НВИЭ. При высокой экологической чистоте энергетических технологий на основе НВИЭ, бесплатности ресурса (топливная составляющая в себестоимости электрической и тепловой энергии на ТЭЦ доходит до 70 %) на сегодня доля НВИЭ в производстве энергии в мире измеряется всего единицами, а электрической энергии - десятыми долями процентов. Для России эти величины составляют, соответственно, около 2 % (без дров) и менее 1 %.
Рост масштабов использования НВИЭ сдерживается рядом характерных для них недостатков, обусловленных их природой, которые сужают границы экономической эффективности использования НВИЭ:
1) низкой удельной мощностью потока энергоносителя, которая обусловливает большие габариты и массу энергоустановок и, соответственно, большие удельные капитальные затраты на их сооружение (примерно от 2 до 15 тыс. долл./кВт);
2) низким КПД - доли первичной энергии, преобразуемой в электричество или техническое тепло (0,3.0,4 - для большинства НВИЭ;
0,6...0,7 - для ГЭС; 0,12.0,16 - для фотопреобразователей).
3) большой суточной, сезонной и стохастической нестабильностью мощности большинства НВИЭ, что требует совместной эксплуатации энергоустановок на различных НВИЭ, работы в паре с агрегатами на традиционном топливе или аккумулирования энергии, что существенно усложняет и удорожает сооружение и эксплуатацию таких энергетических комплексов. Энергодефицитные страны разработали хорошо сбалансированные системы стимулирования освоения НВИЭ (в координатах «поощрение -принуждение»). Евросоюз в 2008 г. принял решение довести долю НВИЭ в балансе производства энергии к 2020 г. до 20 %. МЭА прогнозирует достижение 46 %-й доли НВИЭ в мировом балансе производства электроэнергии к 2050 г. Согласно ЭС-2030, доля НВИЭ в выработке электроэнергии в России должна достичь 4,5 % к 2020 г.
2.4. Альтернативные способы производства энергии В решении проблем энергетики большие надежды человечество возлагает на развитие альтернативной энергетики, которая основывается на известных, но не освоенных в промышленных масштабах эффектах. Речь идет, прежде всего, о расширении масштабов использования атомных реакторов на быстрых нейтронах, об управляемом термоядерном синтезе и о прямом преобразовании энергии водорода и кислорода в электрическую с помощью электрохимических генераторов (топливных элементов). В меньшей степени это относится к магнитогидродинамическому способу производства энергии , интерес к которому ослаб в последние 20-25 лет из-за ряда технических проблем его реализации.
2.4.1. Реакторы на быстрых нейтронах.
Замкнутый ядерный топливный цикл Атомная энергетика сегодня удовлетворяет около 18 % мировых потребностей в электрической энергии (в России - около 16 %). Считается реально достижимым к середине столетия увеличение доли атомной энергетики до 30. 40 % в общем производстве электроэнергии при условии радикального повышения эффективности использования ядерного топлива и безопасности АЭС, преодоления «синдрома Фукусимы».
Мировые объёмы ежегодного потребления урана энергетическими реакторами превосходят 68 тыс. т, а производства - 35.38 тыс. т. Недостаю-
щие объёмы обеспечиваются складскими запасами. Наращивание объемов добычи природного урана не может обеспечить долгосрочное развитие крупномасштабной атомной энергетики при использовании существующей технологии, основанной на «тепловых» реакторах с водяным или графитовым замедлителем нейтронов. Это обусловлено низкой эффективностью использования природного урана в таких реакторах: используется только изотоп 235и, содержание которого в природном уране составляет только 0,72 %; основной составляющей является 238и (99,28 %), вероятность деления которого в реакторе на тепловых нейтронах очень низка.
Поэтому долговременная стратегия развития атомной энергетики предполагает переход к прогрессивной технологии на основе использования «быстрых» реакторов (БР) . Принципиально важно, что в БР возможны превращение 238и в делящийся изотоп плутония 239Ри и реализация замкнутого топливного цикла - переработка топлива, выгруженного из реакторов АЭС, для последующего дожигания невыгоревших и вновь образовавшихся делящихся изотопов. Из 20 тыс. т отработанного ядерного топлива можно изготовить 19,5 тыс. т нового ядерного топлива. Для получения такого количества «свежего» топлива необходимо добыть и переработать 6 млн т урановой руды. Только за счет вовлечения в ядерный топливный цикл 238и удастся увеличить энергетический потенциал добываемого природного урана в 100 раз.
В целом, перевод атомной энергетики на «всеядные» БР открывает перспективу создания топлива для АЭС в виде искусственных делящихся элементов на неограниченную перспективу, а само ядерное топливо перевести в разряд практически возобновляемых энергетических ресурсов.
Однако, несмотря на «всеядность» БР и возможности реализации с их помощью замкнутого ядерного топливного цикла, они не получили широкого распространения из-за ряда серьезных проблем с их эксплуатацией. Вследствие высокой энергонапряженности в активной зоне реактора, жесткие требования предъявляются к теплоносителю. Использование жидкометаллических теплоносителей полностью не устраняет такие проблемы, как их горение, затвердение и кипение, взаимодействие с материалами активной зоны и контура. Потребность не в двух, а в трех тепловых контурах усложняет и удорожает реактор.
Согласно прогнозам, достижение конкурентоспособности АЭС-БР можно ожидать только после 2025 г. при эквивалентной цене урана порядка 200 долл./кг. США и Западная Европа практически свернули свои программы перевода атомной энергетики на БР из-за отсутствия на сегодня экономических предпосылок. Япония продолжает выполнять полномасштабную программу разработки БР и намерена к 2020 г. выйти с ними на мировой рынок. (Если авария на АЭС «Фуку-
сима-1» не внесёт существенные коррективы в эти планы).
Россия является лидером в разработке нового поколения БР. Эксплуатация в СССР и России в течение четверти века промышленных реакторов БН-350 в Шевченко (Актау, Казахстан), БН-600 в Заречном (Свердловская обл.) и нескольких опытных БР доказала реализуемость идеи регенерации отработанного урана, плутония, продуктов деления в целях создания нового топлива. Начато строительство реактора БН-800 (площадка Белояр-ской АЭС), который рассматривается МАГАТЭ как перспективная модель атомной энергетики XXI в., способной обеспечить в недалеком будущем лидирующие позиции России на этом рынке. Начато проектирование реактора БН-1600. Ожидается, что к 2025-2030 гг. именно этот реактор станет основой для российской программы развития атомной энергетики.
Одним из путей решения задач по увеличению ресурсов ядерного топлива, повышения безопасности реакторов, обеспечения режима нераспространения и улучшения экологической приемлемости АЭС может оказаться разработка и широкомасштабное применение ториевого топливного цикла (в качестве топлива используется 232!Ъ) . Работы по ториевому циклу выполнялись или выполняются в ведущих ядерных державах (в США и Германии есть готовые технологии и реакторы, но они законсервированы из-за высокой цены производимой с их помощью электроэнергии), а также в Индии и Бразилии. В России с небольшой интенсивностью они проводятся в ряде научных центров и университетов. Их судьба будет зависеть от успехов развития других направлений атомной энергетики.
2.4.2. Термоядерная энергетика
А. Реакторы с магнитным удержанием плазмы. Начиная с 50-х гг. ХХ в. ведущие державы тратят большие усилия и средства на овладение реакцией управляемого синтеза легких элементов (УТС) -практически неисчерпаемым источником энергии. На единицу веса термоядерное топливо дает в 10 млн раз больше энергии, чем органическое топливо и в 100 раз больше, чем уран.
Многолетние исследования УТС показали, что создание промышленного реактора (термоядерной электростанции) - дело отдаленного будущего. (Успехи первых десятилетий освоения УТС позволяли физикам обещать энергетическое изобилие благодаря созданию на Земле «рукотворных Солнц» уже к концу XX столетия). Движение к конечной цели оказалось столь трудным и затратным, что стала очевидной необходимость международной кооперации, а создание промышленного реактора пришлось отодвинуть на середину или даже на вторую половину этого столетия.
Страны ЕС, Япония, СССР и США в 1987 г. начали совместное проектирование эксперименталь-
ной термоядерной установки ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Позднее к ним присоединились Китай, Южная Корея и Индия. Желание принять участие в проекте изъявляют также Бразилия, Казахстан, Канада, Мексика.
Основными целями проекта ITER являются достижение условий зажигания и длительного термоядерного горения, которые будут типичны для реального термоядерного реактора с магнитным удержанием плазмы, а также испытание и демонстрация технологий для практического использования УТС.
Создаваемый экспериментальный реактор (начало строительства - 2010 г., окончание - 2019 г., место строительства - Франция) - огромное, сложное и дорогостоящее сооружение. Его высота (включая системы обеспечения) 60 м, диаметр 30 м, вес - 23 тыс. т. Объем плазмы в установке -850 м3, ток в плазме - 15 МА. Стоимость проекта -около 16 млрд долл. ITER - предпоследний этап на пути к практическому использованию УТС. Ожидается, что научные и инженерные знания, полученные в экспериментах на ITER (2019-2037 гг.), приведут к сооружению в Японии демонстрационной термоядерной электростанции, по-видимому, к 2050 г. (проект ДЕМО). Ее мощность составит примерно 1,5 ГВт; стоимость 1 кВт-ч - примерно в
2 раза выше, чем средняя стоимость 1 кВт-ч сейчас в нашей стране. К сожалению, и на сегодня нет 100 % уверенности в успешной реализации этой идеи.
Б. Реакторы с инерциальным удержанием плазмы. Инерциальное удержание плазмы и, соответственно, инерциальный термоядерный синтез (ИТС) были предложены в СССР в середине 60-х гг. Это направление, во многом альтернативное первому, ориентировано на то, чтобы, не затрачивая усилий на удержание плазменных сгустков, создать такие условия (плотность), при которых основная часть термоядерного топлива «сгорала» бы до того, как оно разлетится . Трудности, которые в токама-ке заключаются в удержании плазмы с температурой около 50 млн град., трансформировались в задачу нагрева ее за очень малое время. Временные параметры этого процесса определяются инерцией топливной смеси, поэтому нагрев должен осуществляться за время порядка 10-9 с. Возможность создания термоядерных реакторов, работающих короткими импульсами при воздействии лазерных лучей или ионных пучков, в значительной мере зависит от успехов в разработке лазеров и сильноточных ускорителей с высоким КПД. Необходимо увеличить КПД разогревающих лазеров до 10.15 % вместо существующих 0,3 %, увеличить частоту импульсов до 10-100 вспышек в секунду В полной мере эти проблемы относятся и к пучковому варианту ИТС. В обоих вариантах весьма сложной проблемой является механическая и термическая устойчивость реактора, способного длительное время выдерживать повторяющиеся с та-
кой частотой взрывы дейтерий-тритиевых мишеней. При взрыве только одной мишени (шарики миллиметровых масштабов) выделяется энергия в десятки кВт-ч.
Даже при успешном решении научно-технических проблем на пути широкого использования будущих ИТС-электростанций встанут экономические проблемы. Но, тем не менее, это направление в освоении УТС продолжает развиваться в Великобритании, Франции, США, Японии, России.
2.4.3. Водородная энергетика
Перспективным направлением в решении экологических проблем энергообеспечения в последние годы признана водородная энергетика, базирующаяся на водороде как топливе. Важнейшим преимуществом водорода является экологическая чистота получения из него электрической энергии с помощью топливного элемента. Последний представляет собой электрохимический генератор, осуществляющий прямое преобразование химической энергии в электрическую. При этом единственным побочным продуктом реакции является вода.
В конце прошедшего столетия в промышленно развитых странах (в том числе в России) работы в области водородной энергетики отнесены к приоритетным направлениям развития науки и техники и находят всё большую поддержку государственных структур и частного капитала. Основным инициатором всплеска в последние годы интереса к водороду как энергоносителю является автомобильная промышленность. Достоинства водорода здесь настолько очевидны, что автомобилестроители ведущих стран вкладывают огромные средства в исследования и разработки в области водородных технологий. Стационарная энергетика (в первую очередь автономная, а в последние годы и системная) стала проявлять интерес к водородной энергетике и к топливным элементам, как к ее технологической основе, в связи с быстрым ростом мощности топливного элемента. В большой энергетике водород, вероятно, сможет занять лидирующее положение (35.40 % генерации на основе топливного элемента) только к концу нынешнего столетия.
В настоящее время большую часть производимого в промышленных масштабах водорода получают в процессе паровой конверсии метана. Этот способ на сегодня наиболее хорошо освоен и широко распространен, хотя и имеет ряд недостатков: а) исходное сырье - природный газ - представляет собой ценный невозобновляемый ресурс; б) около 50 % газа расходуется на проведение эндотермической реакции паровой конверсии; в) производство сопровождается вредными выбросами. Более перспективным, но пока и более дорогим способом производства водорода является электролитическое разложение воды - электролиз с помощью электроэнергии, получаемой либо из традиционного топлива, либо из НВИЭ. Третий способ получения водорода - термолиз воды, т. е. разложение
воды на водород и кислород при температуре выше 2500 °С. Такая температура может быть получена с помощью концентрации солнечных лучей, а примерно в два раза меньшая - в атомном высокотемпературном гелиевом реакторе.
Европейской программой «Водородные технологии и топливные элементы», названной «стратегическим выбором Европы», планируется довести долю водорода в энергетическом балансе до 2 % к 2015 г. и до 5 % - к 2020 г. Для этого общие инвестиции должны составить 4-15 млрд евро.
США на разработку проблем водородной энергетики в ближайшие 10 лет планируют направить из федерального бюджета 5 млрд долларов и 50-60 млрд долл. инвестиций ожидается от частных компаний. Департамент энергетики установил следующие этапы коммерциализации разработок:
К 2010 г. - первичный выход водорода нары-нок;
К 2015 г. - коммерческая доступность водорода;
К 2025 г. - полномасштабная реализация водородной энергетики.
(Экономические проблемы последних лет могут внести неблагоприятные коррективы).
В Японии планируется почти пятикратное увеличение водородных электростанций (на основе топливных элементов) за ближайшие 10 лет (от 2,2 ГВт в 2010 г. до 10 ГВт в 2020 г.).
В нашей стране в последние годы работы в области водородной энергетики и топливных элементов выполняются, в основном, в кооперации с зарубежными партнерами. Это внушает оптимизм относительно масштабного внедрения топливного элемента в электроэнергетику. Наиболее вероятно, что произойдет это не ранее середины этого столетия.
1. На сегодня основной проблемой в мировой энергетике является не недостаток энергоресурсов, а недостаток инвестиций. В XXI в. человечеству не грозит глобальная нехватка энергетических ресурсов при условии успешной реализации стратегий энергосбережения и энергозамещения, а также создания цивилизованного мирового рынка энергоресурсов и энергии.
2. Наиболее вероятным представляется сценарий развития энергетики на основе использования всех или, по крайней мере, большинства уже известных на сегодня энергоресурсов и наиболее прогрессивных технологий их преобразования в электрическую и тепловую энергию. На ближайшие десятилетия не просматриваются ни новые источники энергии, ни принципиально новые способы получения электричества и теплоты.
3. Более реальная угроза устойчивому развитию цивилизации исходит от нарастающего губительного техногенного воздействия на природ-
ную среду, в первую очередь, топливно-энергетического комплекса. В энергетике уменьшение ущерба природе должно осуществляться как за счёт энергосбережения, так и за счёт повышения экологической чистоты энергетических технологий.
Доложено на пленарном заседании Международной молодёжной конференции «Энергосберегающие технологии», состоявшейся в ТПУ 28-30 июня 2011 г. в рамках ФЦП «»Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (мероприятия 2.1 - I очередь)» в соответствии с государственным контрактом ГК№ 14.741.11.0163.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Бушуев В.В., Воропай Н.И., Мастепанов А.И. и др. Энергетическая безопасность России. - Новосибирск: Наука, 1998. -302 с.
3. Ушаков В.Я. Современная и перспективная энергетика: технологические, социально-экономические и экологические аспекты. - Томск: Изд-во ТПУ, 2008. - 469 с.
4. Лукутин Б.В., Суржикова О.А., Шандарова Е.Б. Возобновляемая энергетика в децентрализованном электроснабжении. -М.: Энергоатомиздат, 2008. - 231 с.
5. Безруких П.П. Роль возобновляемой энергетики в энергосбережении в мире и России // Электрика. - 2004. - № 4. - С. 3-5.
6. Энергетика окружающей среды. 2011. Ьйр://сгтеап-сеЩег.сош/?р=288 (дата обращения: 19.09.2011).
7. Ушаков В.Я. Возобновляемая и альтернативная энергетика: ресурсосбережение и защита окружающей среды. - Томск: Изд-во «СибГрафикс», 2011. - 137 с.
8. Energy Technology Perspectives: Scenaries and Strategies to 2050. (Second Edition) OECD/IEA. - Paris, 2008. - 650 p.
9. Твайделл Д., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии. -М.: Энергоатомиздат, 1990. - 392 с.
10. Роза Р. Магнитогидродинамическое преобразование энергии. - М.: Энергоиздат, 1970. - 250 с.
11. Бойко В.И., Демянюк Д.Г., Кошелев Ф.П. Перспективные ядерные топливные циклы и реакторы нового поколения. -Томск: Изд-во ТПУ, 2005. - 490 с.
12. Мурогов В.М., Троянов М.Ф., Шмелёв А.М. Использование тория в ядерных реакторах. - М.: Энергоиздат, 1983. - 96 с.
13. Гуськов С.Ю. Прямое зажигание мишеней термоядерного синтеза потоком ионов лазерной плазмы // Квантовая электроника. - 2001. - № 31 (10). - С. 885-890.
Поступила 19.09.2011 г.
УДК 620.91.004
ЗАМЫКАНИЕ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА В ПРЕОДОЛЕНИИ МИРОВОГО ДЕФИЦИТА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ. Ч. 1. СОВРЕМЕННЫЕ ОЦЕНКИ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ И ЭНЕРГОРЕСУРСОВ
Г.И. Полтараков*, Р.Е. Водянкин, А.В. Кузьмин
*Институт ядерной энергетики (филиал) Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, г. Сосновый Бор
Томский политехнический университет E-mail: [email protected]
Приводятся данные экспертных оценок глобального потребления энергии на душу населения, структуры и динамики изменения мирового энергопотребления. Анализ структуры мирового обеспечения энергоресурсов показывает их нарастающий дефицит.
Ключевые слова:
Глобальное потребление энергии, структура энергоресурсов, дефицит энергоресурсов.
Global energy consumption, structure of energy resources, shortage of energy resources.
Анализ глобального потребления энергии с точностью ±3 % (рис. 1), динамика роста общего
надушу населения, структуры и динамики измене- энергопотребления остаётся достаточно высо-
ния мирового энергопотребления и структуры кой (рис. 2).
обеспечения энергоресурсов показывает их нара- Этот рост определяется тремя основными фак-стающий дефицит. торами: развитием мировой экономики, ростом
На протяжении всей истории своего развития населения и стремлением к более равномерному
человечество потребляло энергию, и потребности распределению душевого энергопотребления меж-
в ней постоянно росли. Так, за последние 50 лет ду странами .
при удвоении населения планеты, потребление Предполагается, что экономический рост энергии увеличилось в 4 раза . Несмотря на то, до 2025 г. будет достаточно высоким - среднегодо-
что начиная с 1980 г. энергопотребление надушу вой прирост мирового ВВП составит 4,3% .
населения остаётся практически неизменным Во второй четверти (2025-2050 гг.) экономический
на уровне 2,3 т. условного топлива на человека рост замедлится и прежде всего из-за замедления
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.
Глобальная энергетическая проблема — это проблема обеспечения человечества топливом и энергией в настоящее время и в обозримом будущем.
Локальные энергетические кризисы возникали и в доиндустриальной экономике (например, в Англии XVIII в. в связи с исчерпанием лесных ресурсов и переходом на уголь). Но как глобальная проблема нехватка энергоресурсов проявилась в 70-х гг. XX в., когда разразился энергетический кризис, выразившийся в резком повышении цены на нефть (в 14,5 раза в 1972-1981 гг.), что создало серьезные трудности для . Хотя многие затруднения того времени были преодолены, глобальная проблема обеспечения топливом и энергией сохраняет свое значение и в наши дни.
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.
Наращивание добычи топливно-энергетических ресурсов повлекло за собой серьезное ухудшение экологической ситуации (расширение открытой добычи полезных ископаемых, добыча на шельфе и др.). А рост спроса на эти ресурсы усилил конкуренцию как стран — экспортеров топливных ресурсов за лучшие условия продажи, так и между странами-импортерами за доступ к энергетическим ресурсам.
Обеспеченность мирового хозяйства топливно-энергетическими ресурсами
Вместе с тем происходит дальнейшее наращивание ресурсов минерального топлива. Под влиянием энергетического кризиса активизировались крупномасштабные геологоразведочные работы , приведшие к открытию и освоению новых месторождений энергоресурсов. Соответственно возросли и показатели обеспеченности важнейшими видами минерального топлива: считается, что при современном уровне добычи разведанных запасов угля должно хватить на 325 лет. природного газа — на 62 года, а нефти — на 37 лет (если в начале 70-х гг. считалось, что обеспеченность мировой экономики запасами нефти не превышает 25-30 лет; разведанные запасы угля еще в 1984 г. оценивались в 1,2 трлн т, то к концу 90-х гг. они выросли до 1,75 трлн т).
В результате преобладавшие в 70-х гг. пессимистические прогнозы обеспеченности потребностей мировой экономики в энергоносителях (так, тогда считалось, что запасов нефти хватит не более чем на 25-30 лет) сменились оптимистическими взглядами, основанными на актуальной информации.
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.
На этой основе получает импульс интенсивный путь решения энергетической проблемы, заключающийся прежде всего в увеличении производства продукции на единицу энергозатрат. Энергетический кризис 70-х гг. ускорил развитие и внедрение энергосберегающих технологий , придает импульс структурной перестройке экономики. Эти меры, наиболее последовательно проводимые развитыми странами, позволили в значительной степени смягчить последствия энергетического кризиса.
В современных условиях тонна сбереженного в результате сберегающих мер энергоносителя обходится в 3-4 раза дешевле, чем тонна дополнительно добытого. Это обстоятельство явилось для многих стран мощным стимулом повышения эффективности использования энергоносителей . За последнюю четверть XX в. энергоемкость хозяйства США снизилась вдвое, а Германии — в 2,5 раза.
Под воздействием энергетического кризиса развитые страны в 70-80-х гг. провели масштабную структурную перестройку экономики в направлении снижения доли энергоемких производств. Так, энергоемкость машиностроения и особенно в 8-10 раз ниже, чем в ТЭК или в металлургии. Энергоемкие производства сворачивались и переводились в развивающиеся страны. Структурная перестройка в направлении энергосбережения приносит до 20% экономии топливно-энергетических ресурсов в расчете на единицу ВВП.
Важным резервом повышения эффективности использования энергии является совершенствование технологических процессов функционирования аппаратов и оборудования. Несмотря на то что это направление является весьма капиталоемким, тем не менее эти затраты в 2-3 раза меньше расходов, необходимых для эквивалентного повышения добычи (производства) топлива и энергии. Основные усилия в этой сфере направлены на совершенствование двигателей и всего процесса использования топлива.
В то же время многие государства с формирующимися рынками (Россия, Украина, Китай, Индия) продолжают развивать энергоемкие производства (черная и цветная металлургия, химическая промышленность и др.), а также использовать устаревшие технологии. Более того, в этих странах следует ожидать роста энергопотребления как в связи с повышением жизненного уровня и изменением образа жизни населения, так и с нехваткой у многих из этих стран средств на снижение энергоемкости хозяйства. Поэтому в современных условиях именно в странах с формирующимися рынками происходит рост потребления энергетических ресурсов, тогда как в развитых странах потребление сохраняется на относительно стабильном уровне. Но необходимо иметь в виду, что энергосбережение в наибольшей степени проявило себя в промышленности, но под влиянием дешевой нефти 90-х гг. слабо сказывается на транспорте.
На современном этапе и еще на долгие годы вперед решение глобальной энергетической проблемы будет зависеть от степени снижения энергоемкости экономики, т.е. от расхода энергии на единицу произведенного ВВП.
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.
Глобальная энергетическая проблема – это прежде всего проблема надежного обеспечения человечества топливом и энергией. «Узкие места» в таком обеспечении не раз обнаруживались и в прошлые эпохи. Но в глобальном масштабе они впервые проявились в 70-х гг. XX в., когда разразился энергетический кризис, ознаменовавший собой конец эры дешевой нефти. Этот кризис вызвал настоящую цепную реакцию, затронув всю мировую экономику. И хотя нефть затем снова подешевела, глобальная проблема обеспечения топливом и энергией сохраняет свое значение и в наши дни. Не могут не волновать и пути ее решения в будущем.
Главной причиной возникновения глобальной энергетической проблемы следует считать очень быстрый – нередко поистине «взрывной» по характеру – рост потребления минерального топлива и соответственно размеров его извлечения из земных недр. Достаточно сказать, что только за период с начала и до 80-х гг. XX в. в мире было добыто и потреблено больше минерального топлива, чем за всю предшествовавшую историю человечества. В том числе только с 1960 по 1980 г. из недр Земли было извлечено 40 % угля, почти 75 % нефти и около 80 % природного газа, добытых с начала века.
Характерно, что до середины 1970-х гг., когда трудности с обеспечением топливом обнаружились в глобальном масштабе, прогнозы обычно не предусматривали никакого сокращения темпов прироста его потребления. Так, предполагалось, что мировая добыча полезных ископаемых в 1981–2000 гг. примерно в 1,5–2 раза превысит добычу за предшествовавшее 20-летие. А абсолютное мировое потребление первичных энергоресурсов на 2000 г. прогнозировалось в объеме 20–25 млрд тут, что означало бы увеличение по отношению к уровню 1980 г. в 3 раза! И хотя затем все планы и прогнозы ресурсоизвлечения были пересмотрены в сторону сокращения, длительный период довольно расточительной эксплуатации этих ресурсов не мог не вызвать некоторых негативных последствий, которые сказываются и в наши дни.
Одно из них заключается в ухудшении горно-геологических условий залегания добываемого топлива и соответствующем удорожании добычи. В первую очередь это относится к старопромышленным районам зарубежной Европы, Северной Америки, России, Украины, где растет глубина шахт и особенно нефтяных и газовых скважин.
Вот почему расширение ресурсных рубежей – продвижение добычи топлива и сырья в ресурсные районы нового освоения с более благоприятными горно-геологическими условиями – в известной мере можно рассматривать как компенсацию этого ущерба и путь к снижению себестоимости добычи топлива. Но при этом нельзя забывать и о том, что общая капиталоемкость его добычи в районах нового освоения, как правило, значительно выше.
Другое негативное последствие заключается в воздействии горнодобывающей промышленности на ухудшение экологической обстановки. Это относится как к расширению открытой добычи полезных ископаемых, добычи на шельфе, так и в еще большей мере к добыче и потреблению сернистых топлив, а также аварийным выбросам нефти.
Ко всем этим причинам возникновения глобальной энергетической проблемы необходимо добавить еще одну, лежащую уже в сфере экономической политики и геополитики. Речь идет о глобальной конкурентной борьбе за топливно-энергетические ресурсы, за их раздел и передел между гигантскими топливными корпорациями.
В начале XXI в. в широкий обиход вошло понятие о глобальной энергетической безопасности. Стратегия такой безопасности основывается на принципах долгосрочного, надежного, экологически приемлемого энергоснабжения по обоснованным ценам, устраивающим как страны-экспортеры, так и потребителей. Глобальная энергетическая безопасность во многом зависит от практических мер по дальнейшему обеспечению мировой экономики прежде всего традиционными видами энергоресурсов (по прогнозам и в 2030 г. примерно 85 % энергетических потребителей человечества будут покрывать ископаемые углеводорода). Но и значение альтернативных источников энергии тоже будет расти.
Каковы же основные пути решения глобальной энергетической проблемы? Что может дать для ее решения современный этап НТР? Ответ на эти вопросы неоднозначен, он предполагает комплекс социально-экономических, технико-технологических, да и политических мер.
Среди них есть как традиционные, имеющие преимущественно экстенсивный характер, так и более новые и интенсивные.
Самый традиционный из таких путей заключается в дальнейшем наращивании ресурсов минерального топлива. В результате его осуществления мировые ресурсы угля и природного газа в последние два-три десятилетия не только значительно увеличились, но и росли опережающими темпами по отношению к их добыче. Соответственно возросли и показатели обеспеченности этими видами топлива: считается, что при современном уровне добычи разведанных запасов природного газа должно хватить 60–85 лет. В общем, то же можно сказать и о нефти, мировые разведанные запасы которой в 1950 г. оценивались всего в 13 млрд т, а в 2006 г. – уже в 190 млрд т. Кратность запасов нефти (т. е. отношение общих остаточных запасов к текущей добыче) по большинству оценок составляет 40 лет, а запасов угля – 150 лет. При оценке перспектив увеличения такой кратности нужно учитывать и то, что разведанные (доказанные) запасы топлива обычно составляют лишь очень небольшую часть общегеологических. Так, по данным Мирового энергетического совета (МИРЭС), в общих мировых ресурсах топлива на долю достоверных приходится немногим больше 10 %, а в России – только 4 %.
Оценивая перспективы роста разведанных запасов минерального топлива и обеспеченности ими, необходимо учитывать и возможное внедрение разных технико-технологических новшеств, например увеличение его извлекаемости из земных недр. Ведь в 1980-х гг. коэффициент отдачи пластов в среднем для топливных ресурсов составлял 46 % (в том числе для угля открытой добычи – 80–90 %, для угля шахтной добычи – 35–80, для нефти – 35, для природного газа – 80 %).
Путь наращивания запасов топлива всегда был главным. Но после энергетического кризиса середины 1970-х гг. на первое место выдвинулся второй путь, который заключается в более рациональном и экономном их использовании, или, иными словами, в осуществлении политики энергосбережения.
В эпоху дешевого топлива в большинстве стран мира сложилась весьма ресурсоемкая экономика. В первую очередь это относилось к наиболее богатым минеральными ресурсами странам – США, Канаде, Австралии, Китаю и в особенности к Советскому Союзу, где на единицу ВВП потребляли значительно больше условного топлива, чем в США. В странах Восточной Европы ресурсоемкость единицы ВВП была также в два-три раза выше, чем в странах Западной Европы. Поэтому переход на рельсы энергосбережения имел очень большое значение. Политику сбережения стали осуществлять и в промышленности, и на транспорте, и в коммунально-бытовом секторе, и во всех других сферах деятельности. При этом она достигалась не только путем внедрения энергосберегающих технологий, ведущих к снижению удельной энергоемкости, но и в значительной мере благодаря перестройке всей структуры национальных экономик мирового хозяйства. Не случайно в таком основополагающем документе, как «Повестка дня на XXI век», принятом на Конференции по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г., прямо говорилось о том, что для обеспечения устойчивого развития странам следует найти пути, позволяющие обеспечить экономический рост и процветание при одновременном уменьшении расхода энергии и сырья.
Действительно, несмотря на все достижения техники и технологии, средний мировой уровень полезного использования первичных энергоресурсов и в наши дни составляет всего 1/3 (при сжигании угля – 20 %, нефти – 24, природного газа – 48 %). Поэтому в литературе нередко приводится высказывание известного английского физика Дж. Томсона о том, что эффективность современных энергетических установок находится примерно на том же уровне, как если бы нужно было сжечь целый дом, чтобы зажарить свиную тушу… Но это также означает, что повышение КПД использования топлива даже на 1 % означало бы экономию огромного количества топлива. В последнее время для улучшения ситуации осуществляют многие технико-технологические нововведения. Энергосбережение увеличивается благодаря усовершенствованию промышленного и коммунального оборудования, выпуску более экономичных автомобилей и т. п. К числу макроэкономических мероприятий в первую очередь следует отнести постепенное изменение структуры потребления энергетических ресурсов с ориентацией на увеличение доли возобновляемых и нетрадиционных первичных энергоресурсов.
Наибольших успехов на пути энергосбережения добились экономически развитые страны Запада. Только за первые 10–15 лет после начала мирового энергетического кризиса энергоемкость их ВВП уменьшилась на 1/3, а доля в мировом потреблении топлива и энергии сократилась с 60 % до 48 %. Это значит, что общая энергоемкость экономики развитых стран сохраняется и темпы роста ВВП начали опережать темпы роста потребления топлива и энергии.
В 1991–2000 гг. Среднегодовые темпы прироста ВВП в развитых странах составили 2,4 %, а потребление привычных энергоресурсов – 1,22, в 2000–2010 гг. аналогичные показатели должны составить 2,4 и 0,7 %.
Статистика свидетельствует о том, что в 2000–2006 гг., несмотря на экономический рост, объем потребляемого топлива в США увеличился лишь на 3 %, в Японии, Франции, Норвегии – всего на 1,5 %, в Великобритании он остался на прежнем уровне, а в Германии, Швейцарии и Швеции даже снизился.
В отличие от стран Запада в странах Центрально-Восточной Европы, СНГ, Китае обстановка меняется гораздо медленнее, и их экономика остается еще весьма энергоемкой. То же относится и к большинству развивающихся стран, вступивших на путь индустриализации. Например, в странах Азии и Африки потери попутного природного газа, добываемого вместе с нефтью, составляют 80-100 %.
При характеристике перспектив глобальной энергетической проблемы необходимо особо остановиться на использовании принципиально новых путей ее решения, связанных с достижениями современного этапа НТР.
Во-первых, это относится к будущему развитию атомной энергетики, где уже начинает входить в эксплуатацию новое поколение атомных реакторов. Ее позиции могут значительно укрепиться. К тому же в последнее время снова стали обсуждать вопрос о судьбе реакторов на быстрых нейтронах (РРБН). Когда-то они были задуманы как вторая, гораздо более эффективная «волна» атомной энергетики, позволяющая использовать не только уран-235, но и уран-238. Но затем работы над ними были свернуты.
Во-вторых, уже давно ведутся работы по прямому преобразованию тепловой энергии в электрическую, минуя паровые котлы и турбины, при помощи МГД (магнитогидродинамических) – генераторов. Еще в 1971 г. в Москве была пущена первая опытно-промышленная установка такого типа мощностью 25 тыс. кВт. Достоинства МГД-генераторов заключаются в высоком КПД, отсутствии вредных выбросов в атмосферу, возможности быстрого, в течение нескольких секунд, запуска.
В-третьих, положено начало созданию криогенного турбогенератора, в котором за счет охлаждения ротора жидким гелием достигается эффект сверхпроводимости. Достоинства такого турбогенератора – небольшие габариты и масса, высокий КПД. Опытно-промышленный образец его мощностью в 20 тыс. кВт был создан в СССР (Ленинград), теперь подобные работы ведут в США, Японии, других странах.
В-четвертых, очень большие перспективы имеет использование в качестве топлива водорода. По мнению некоторых специалистов, этот путь может коренным образом изменить всю будущую техногенную цивилизацию. По-видимому, наибольшее применение водородное топливо найдет сначала в автомобилестроении. Во всяком случае, первый водородный автомобиль еще в начале 1990-х гг. выпустила японская «Мазда». Для него была разработана и новая конструкция двигателя.
В-пятых, продолжаются работы, начатые в свое время выдающимся отечественным физиком академиком А. Ф. Иоффе, по созданию электрохимических генераторов или топливных элементов.
Основным горючим в топливных элементах также служит водород, который пропускают через полимерные мембраны с катализатором. При этом происходит химическая реакция с кислородом воздуха, и водород превращается в воду, а химическая энергия его сгорания – в электрическую. Главные достоинства двигателя на топливных элементах – очень высокий КПД (65–70 % и более), что вдвое выше обычных двигателей. К его достоинствам относятся также удобство применения, нетребовательность к ремонту, бесшумность при работе.
До недавнего времени топливные элементы конструировали только для специальных целей – например, для космических исследований. Но теперь работы по их более широкому применению ведутся во многих экономически развитых странах, среди которых первое место занимает Япония. По оценкам специалистов, их общая мощность в мире ныне измеряется уже миллионами киловатт. В Токио и Нью-Йорке построены электростанции, работающие на топливных элементах. А германский «Даймлер-Бенц» стал первым в мире автомобильным концерном, сумевшим создать действующий прототип машины с двигателем на топливных элементах.
Наконец, в-шестых, речь должна идти о самом главном – об управляемом термоядерном синтезе (УТС).
Тогда как атомная энергетика основана на реакции деления ядер, в основе термоядерной лежит обратный процесс слияния ядер изотопов водорода, в первую очередь дейтерия, а также трития. В этом случае при ядерном сжигании 1 кг дейтерия выделяется в 10 млн раз больше энергии, чем при сжигании 1 кг угля. Но чтобы термоядерная реакция началась, нужно разогреть плазму до температуры в 100 млн градусов (на поверхности Солнца она достигает «всего» 6 млн градусов). Если иметь в виду термоядерную или водородную бомбу, то люди уже научились ее (плазму) производить, но на стотысячную-миллионную долю секунды. Вот почему основные усилия направлены на то, чтобы удержать разогретую плазму, создав тем самым условия для управляемого термоядерного синтеза.
Для этого используют установки разных типов, но наибольшее распространение получил предложенный академиками А. Сахаровым и И. Таммом в 1950-х гг. реактор «Токамак» (тороидальная камера в магнитном поле). На установке «Токамак-10» советским ученым удалось разогреть плазму сначала до 10, затем до 25 и 30 млн градусов. В Принстонском университете (США) ученые разогрели ее до 70 млн градусов. Пока все это – экспериментальные (демонстрационные) реакторы. Обычно отмечают и относительную безопасность термоядерного реактора для окружающей среды, что также служит важным аргументом. По словам И. В. Бестужева-Лады, здесь «никаким Чернобылем не пахнет».
Надо иметь в виду и то, что главный ресурс термоядерной энергетики – это ресурс дейтерия, содержащегося в водах Мирового океана в концентрации около 0,015 % (так называемая тяжелая вода). Согласно современным расчетам, при использовании этих ресурсов дейтерия потенциальная выработка электроэнергии могла бы составить 4,4 *1024 кВт*ч, что в пересчете на тепловой эквивалент примерно в 60 млн раз превышает современный уровень мирового энергопотребления. Следовательно, термоядерную энергию можно рассматривать как практически неисчерпаемую. Только в отличие от геотермальной, солнечной, приливной, ветровой она создается руками человека.
Очень важно, что основные исследования по управляемому термоядерному синтезу проводятся в условиях постоянного обмена научной информацией между странами, при координации их Международным агентством по атомной энергии.
В первую очередь они концентрируются вокруг проекта ПТЭР (Международный исследовательский термоядерный реактор), работа над которым началась еще в конце 70-е гг. и успешно продолжается, несмотря на выход из него США. Для сооружения ПТЭР уже выбрана площадка во Франции (Кадараш). Работа, начатая в 2007 г. продолжится по-видимому 8– 10 лет. Ожидается, что ПТЭР позволит разогреть плазму до температуры в 150 млн градусов и удерживать ее в таком состоянии в течение 500 секунд.
Существует много сценариев развития мировой энергетики на долгосрочную перспективу. По некоторым из них глобальное энергопотребление в середине XXI в. увеличится до 20 млрд т (в нефтяном эквиваленте), причем по объему этого потребления развивающиеся страны к этому времени обгонят развитые (рис. 151). А к 2100 г. даже при среднем варианте глобальное энергопотребление может возрасти до 30 млрд тут (рис. 152).
Одновременно произойдут и важные структурные изменения: уменьшится доля ископаемых видов топлива и возрастет доля возобновляемых, в особенности, нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) – таких как солнечная, ветровая, геотермальная и приливная. Все они принципиально отличаются от традиционных источников минерального топлива своей возобновляемостью и экономической эффективностью. Большие перспективы имеет и использование биотоплива, в особенности биоэтанола. Американские ученые-футурологи предполагают, что к 2010 г. альтернативные источники будут давать уже 10 % производимой в мире энергии, к 2016 г. КПД энергетических установок возрастет до 50 %, к 2017 г. начнется повсеместное использование топливных батарей, а с 2026 г. – коммерческое использование термоядерных реакторов.
Из всего сказанного напрашивается вывод о том, что для крайне пессимистического взгляда на энергетическое будущее человечества вряд ли есть достаточные основания. Конечно, может произойти истощение отдельных бассейнов топлива, которое повлияет и на судьбу отдельных районов горной промышленности. Но перспектива абсолютного недостатка топлива все же маловероятна. Все-таки суммарные разведанные запасы большинства топливных ископаемых обеспечивают возможность сохранения достаточно высоких уровней добычи – по крайней мере до середины XXI в., когда может вовсю заработать термоядерная энергетика.
Что же касается общего количества энергии, содержащейся в земных недрах и ежегодно возникающей на нашей планете и в околоземном пространстве, то оно настолько велико, что теоретически, по-видимому, не может быть и речи о возможности исчерпания энергетического потенциала человечества в сколько-нибудь обозримом будущем.
На этом мировом фоне, положение России выглядит довольно противоречивым. С одной стороны, Россия занимает третье место в мире по общему потреблению первичных энергетических ресурсов (1,2 трлн т). Уже разведанных запасов нефти ей хватит на 55, а природного газа на 85 лет. К тому же ее недры таят в себе еще много неразведанных богатств. С другой стороны, энергоемкость ВВП в России в начале XXI в. были в 2,5 раза выше, чем в США и в 3,5 раза – чем в Западной Европе. Отсюда вытекает необходимость перехода к менее расточительной энергетической политике, к лучшему использованию достижений НТР. А вот и конкретный пример такого рода: в 2016–2030 гг. предполагается завершить создание демонстрационный, а к 2050 г. – промышленной термоядерной электростанции.
Это проблема обеспечения человечества топливом и энергией в настоящее время и в обозримом будущем.
Локальные энергетические кризисы возникали и в доиндустриальной экономике (например, в Англии XVIII в. в связи с исчерпанием лесных ресурсов и переходом на уголь). Но как глобальная проблеманехватка энергоресурсов проявилась в 70-х гг. XX в., когда разразился энергетический кризис, выразившийся в резком повышении цены на нефть (в 14, 5 раза в 1972-1981 гг.), что создало серьезные трудности для мировой экономики. Хотя многие затруднения того времени были преодолены, глобальная проблема обеспечения топливом и энергией сохраняет свое значение и в наши дни.
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.
Наращивание добычи топливно-энергетических ресурсов повлекло за собой серьезное ухудшение экологической ситуации (расширение открытой добычи полезных ископаемых, добыча на шельфе и др.). А рост спроса на эти ресурсы усилил конкуренцию как стран - экспортеров топливных ресурсов за лучшие условия продажи, так и между странами-импортерами за доступ к энергетическим ресурсам.
Обеспеченность мирового хозяйства топливно-энергетическими ресурсами
Вместе с тем происходит дальнейшее наращивание ресурсов минерального топлива. Под влиянием энергетического кризиса активизировались крупномасштабные геологоразведочные работы, приведшие к открытию и освоению новых месторождений энергоресурсов. Соответственно возросли и показатели обеспеченности важнейшими видами минерального топлива: считается, что при современном уровне добычи разведанных запасов угля должно хватить на 325 лет. природного газа - на 62 года, а нефти - на 37 лет (если в начале 70-х гг. считалось, что обеспеченность мировой экономики запасами нефти не превышает 25-30 лет; разведанные запасы угля еще в 1984 г. оценивались в 1, 2 трлн т, то к концу 90-х гг. они выросли до 1, 75 трлн т).
В результате преобладавшие в 70-х гг. пессимистические прогнозы обеспеченности потребностей мировой экономики в энергоносителях (так, тогда считалось, что запасов нефти хватит не более чем на 25-30 лет) сменились оптимистическими взглядами, основанными на актуальной информации.
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.
На этой основе получает импульс интенсивный путь решения энергетической проблемы, заключающийся прежде всего в увеличении производства продукции на единицу энергозатрат. Энергетический кризис 70-х гг. ускорил развитие и внедрение энергосберегающих технологий, придает импульс структурной перестройке экономики. Эти меры, наиболее последовательно проводимые развитыми странами, позволили в значительной степени смягчить последствия энергетического кризиса.
В современных условиях тонна сбереженного в результате сберегающих мер энергоносителя обходится в 3-4 раза дешевле, чем тонна дополнительно добытого. Это обстоятельство явилось для многих стран мощным стимулом повышения эффективности использования энергоносителей. За последнюю четверть XX в. энергоемкость хозяйства США снизилась вдвое, а Германии - в 2, 5 раза.
Под воздействием энергетического кризиса развитые страны в 70-80-х гг. провели масштабную структурную перестройку экономики в направлении снижения доли энергоемких производств. Так, энергоемкость машиностроения и особенно сферы услугв 8-10 раз ниже, чем в ТЭК или в металлургии. Энергоемкие производства сворачивались и переводились в развивающиеся страны. Структурная перестройка в направлении энергосбережения приносит до 20% экономии топливно-энергетических ресурсов в расчете на единицу ВВП.
В то же время многие государства с формирующимися рынками (Россия, Украина, Китай, Индия) продолжают развивать энергоемкие производства (черная и цветная металлургия, химическая промышленность и др.), а также использовать устаревшие технологии. Более того, в этих странах следует ожидать роста энергопотребления как в связи с повышением жизненного уровня и изменением образа жизни населения, так и с нехваткой у многих из этих стран средств на снижение энергоемкости хозяйства. Поэтому в современных условиях именно в странах с формирующимися рынками происходит рост потребления энергетических ресурсов, тогда как в развитых странах потребление сохраняется на относительно стабильном уровне. Но необходимо иметь в виду, что энергосбережение в наибольшей степени проявило себя в промышленности, но под влиянием дешевой нефти 90-х гг. слабо сказывается на транспорте.
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.
В конце ХХ века обозначилась проблема исчерпаемости и нехватки природных ресурсов. Особенно остро стоит проблема энергетической безопасности и обеспеченности топливом.
Об энергетической проблеме как глобальной заговорили после энергетического кризиса 1972-1973 гг., когда в результате скоординированных действий государств-членов ОПЕК цена на продаваемую ими сырую нефть повысилась в 10 раз. Аналогичные действия, но в более скромных масштабах (страны — члены ОПЕК не смогли преодолеть внутренние конкурентные противоречия), были предприняты в самом начале 80-х гг. Это позволило говорить о второй волне мирового энергетического кризиса. В результате за 1972-1981 гг. цены на нефть выросли в 14,5 раза. В литературе того времени это было названо «мировым нефтяным шоком», который ознаменовал конец эры дешевой нефти и вызвал цепную реакцию подорожания различных других видов сырья. Некоторые аналитики тех лет расценивали подобные события как свидетельство истощения мировых невозобновимых природных ресурсов и вступления человечества в эпоху длительного энергетического и сырьевого «голода».
Энергетический и сырьевой кризисы 70-80-х гг.
несли в себе и положительные моменты. Во-первых, сплоченные действия поставщиков природных ресурсов из развивающихся стран позволяли странам-аутсайдерам в отношении отдельных соглашений и организаций стран — экспортеров сырья проводить более активную внешнеторговую сырьевую политику. Так, одним из крупнейших экспортеров нефти и некоторых других видов энергетического и минерального сырья стал бывший Советский Союз.
Во-вторых, кризисы дали импульс развитию энергосберегающих и материалосберегающих технологий, усилению режима экономии сырья, ускорению структурной перестройки экономики. Эти меры, предпринятые прежде всего развитыми странами, позволили в значительной степени смягчить последствия энергосырьевого кризиса. В частности, только за 70-80-е гг. энергоемкость производства в развитых странах снизилась более чем на 1/4.
В–третьих, повышенное внимание стало уделяться использованию альтернативных материалов и источников энергии, например, атомной. В настоящее время в общемировом производстве электроэнергии доля АЭС составляет 25%.
В-четвертых, под влиянием кризиса стали проводиться крупномасштабные геолого-разведочные работы, приведшие к открытию новых нефтегазовых месторождений, а также экономически рентабельных запасов других видов природного сырья.
Так, новыми крупными районами добычи нефти и газа стали Северное море и Аляска, минерального сырья — Австралия, Канада, ЮАР.
В итоге пессимистические прогнозы обеспеченности мировых потребностей в энергоносителях и минеральном сырье сменились более оптимистическими расчетами, основанными на новых данных.
Глобальная энергетическая проблема и перспективы энергетической безопасности России
Если в 70-х — начале 80-х гг. обеспеченность основными видами энергоносителей оценивалась в 30-35 лет, то в конце 90-х гг. она увеличилась по нефти — до 50 лег, природному газу — до 100 лет, а по углю — даже более 400 лет.
Таким образом, глобальной энергосырьевой проблемы в ее прежнем понимании как опасности абсолютной нехватки ресурсов в мире сейчас не существует. Но сама по себе проблема надежного обеспечения человечества сырьем и энергией остается.
Военно-политическая нестабильность во многих регионах мира, прежде всего в развивающихся странах (например, кризис вокруг Ирака), вносят коррективы в, казалось бы, прогнозируемые ситуации, воздействуют на движение мировых цен на сырьевые товары, в том числе на энергоносители.
В настоящее время решение проблемы ресурсов и энергообеспечения зависят, во-первых, от динамики, спроса, ценовой эластичности на уже известные запасы и ресурсы; во-вторых, от изменяющихся под влиянием научно-технического прогресса потребностей в энергетических и минеральных ресурсах; в-третьих, от возможностей их замены альтернативными источниками сырья и энергии и уровня цен на заменители; в-четвертых, от возможных новых технологических подходов к решению глобальной энергосырьевой проблемы, обеспечить которые может непрерывный научно-технический прогресс.
Предыдущая55565758596061626364656667686970Следующая
ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:
Глобальные проблемы и причины их возникновения
Глобализация мировых хозяйственных связей обостряет глобальные проблемы человечества, которые можно определить как комплекс связей и отношений между государствами и социальными системами, обществом и природой в общепланетарном масштабе, которые затрагивают жизненные интересы народов всех стран мира и могут быть решены лишь в результате их взаимодействия
Классификация глобальных проблем:
1. Политические проблемы (недопущение мировой ядерной войны и обеспечения стабильного мира, разоружения, военные и региональные конфликты).
2. Природно-экологические проблемы (необходимость эффективной и комплексной охраны окружающей среды, энергетическая, сырьевая, продовольственная, климатическая, борьба с болезнями, проблемы мирового океана и т.д.).
3. Социально-экономические проблемы (стабильность развития мирового сообщества, ликвидация отсталости развивающихся стран, проблема развития человека, преступность, стихийные бедствия, беженцы, безработица, бедность и др.).
4. Научные проблемы освоения космического пространства, долгосрочное прогнозирование и т.д.).
Демографическая проблема . Наиболее распространенной причиной обострения глобальных проблем является интенсивный рост в последние годы народонаселения планеты, или, так называемый, демографический бум, который к тому же сопровождается неравномерностью роста численности населения в разных странах и регионах, причем наибольший прирост населения наблюдается в странах с низким уровнем развития производительных сил. Так, если темп прироста населения в развивающихся странах в течение ХХ в. составлял около 2,5% в год, то в развитых странах не превышал 1%. Это стало причиной того, что в Африке, Азии и Латинской Америке около 1 млрд. чел. живут в условиях абсолютной бедности, около 250 млн. детей хронически недоедают, а от голода и недоедания ежегодно умирает почти 40 млн. чел.
Демографический взрыв вызывает обострение таких глобальных проблем, как продовольственная, экологическая, сырьевая, энергетическая. Важной причиной обострения глобальных проблем с точки зрения материально-вещественного содержания является низкий уровень внедрения ресурсо — и энергосберегающих, а также экологически чистых технологий. Вследствие этого из природного вещества, которое вовлекается в производственный процесс лишь 1,5% принимает форму конечного продукта.
Экологическая проблема . Важной составляющей глобальных проблем есть экологические, связанные с варварским отношением человека к природе, что проявляется в массовой вырубке лесов, уничтожении рек, создании искусственных водохранилищ, загрязнении вредными отходами пресной воды.
По сравнению с началом ХХ в. потребление пресной воды возросло более, чем в 7 раз и в 90-х гг. составляло почти 300 кубометров в год на человека. Учитывая, что четверть человечества испытывает нехватку пресной воды, проблема обеспечения населения качественной питьевой водой выдвигается на первое место. При этом по данным Всемирной организации здравоохранения, возникновение около 80% различных заболеваний связано с потреблением некачественной питьевой воды.
Еще одним признаком экологического кризиса является проблема отходов в результате производственной деятельности человека. Значительные отходы накапливаются в Мировом океане. Океанский планктон ежегодно поглощает около 50 млрд. т углекислого газа, значительная часть которого оседает на дно. Этот процесс существенно влияет на рост содержания углекислого газа в атмосфере планеты.
Пути решения экологической проблемы . Основными путями решения экологической проблемы с точки зрения материально-вещественного содержания общественного способа производства являются:
Быстрое развитие и использование таких основных видов самовосстанавливаемой энергии, как солнечная, ветровая, океаническая, гидроэнергетическая другое;
Структурные изменения в использовании существующих невозобновляемых видов энергии, а именно: увеличение доли угля в энергобалансе при уменьшении доли нефти и газа, поскольку запасы последних на планете значительно меньше, а их ценность для химической промышленности намного больше;
Необходимость создания экологически чистой угольной энергетики, которая бы работала без вредных выбросов газа, что требует значительных государственных расходов на природоохранные мероприятия;
Разработка всеми странами конкретных мер по соблюдению экологических стандартов чистоты воздуха, водных бассейнов, рационального потребления энергии, повышения эффективности своих энергетических систем;
Изучение запасов всех ресурсов с использованием новейших достижений НТП. Как известно, сегодня разведанный неглубокий слой Земли — до 5 км. Поэтому важно открыть новые ресурсы на большей глубине Земли, и на дне Мирового океана;
Интенсивное развитие развивающимися странами собственного сырьевого хозяйства, включая перерабатывающие отрасли хозяйства. Для решения проблемы голода в этих странах необходимо расширять посевные площади, внедрять передовую агротехнику, высокопродуктивное животноводство и растениеводство;
Поиск эффективных методов управления процессом роста народонаселения с целью его стабилизации на уровне 10 млрд. чел. на начало XXII века.;
Приостановление вырубки лесов, особенно тропических, обеспечения их рационального использования;
Формирование экологического мировоззрения у людей, что позволило бы рассматривать все экономические, политические, юридические, социальные, идеологические, национальные, кадровые вопросы как в рамках отдельных стран, так и на межнациональном уровне;
Комплексная разработка законодательства об охране окружающей среды, в том числе об отходах. С этой целью используются налоговые льготы, предоставление субсидий, снижение тарифов на перевозки вторичного сырья и т.д.;
Наращивание экологических инвестиций.
Топливно-энергетическая и сырьевая глобальные проблемы. Использование топливно-энергетических и сырьевых ресурсов на сегодня растет значительными темпами. На каждого жителя планеты производится 2 кВт энергии, а для обеспечения общепризнанных норм качества жизни необходимо 10 кВт. Такой показатель достигнут лишь в развитых странах мира. В связи с этим нерациональное использование энергии в сочетании с ростом народонаселения и неравномерным распределением топливно-энергетических ресурсов разных стран и регионов приводит к необходимости наращивания их производства.
Однако энергетические ресурсы планеты ограничены. При запланированных темпах развития ядерной энергетики суммарные запасы урана будут исчерпаны впервые десятилетия XXI века. Однако, если затраты энергии будут на уровне энергетики теплового барьера, то все запасы невозобновляемых источников энергии сгорят в первые десятилетия. Поэтому с точки зрения материально-вещественного содержания основными причинами обострения топливно-энергетической и сырьевой проблем является рост масштабов вовлечения в производственный процесс природных ресурсов и их ограниченное количество на планете.
Пути решения топливно-энергетической и сырьевой глобальных проблем . Основными путями решения топливно-энергетической и сырьевой проблем с точки зрения материально-вещественного содержания общественного способа производства являются:
Изменение механизма ценообразования на природные ресурсы.
Энергетическая проблема и пути её решения. Перспективы альтернативной энергетики
Так, цены на них в слаборазвитых государствах диктуют крупные ТНК, которые сосредоточили в своих руках контроль над природными богатствами. По данным ЮНКТАД, от трех до шести ТНК контролируют 80-85% мирового рынка меди, 90-95% мирового рынка железной руды, 80% рынка хлопка, пшеницы, кукурузы, кофе, какао другое;
Объединенным усилиям развитых государств противопоставить стратегию объединения действий стран-экспортеров топливно-энергетических и топливных ресурсов. Эта стратегия должна касаться объема добычи всех видов ресурсов, квот их продажи на внешних рынках другое;
Поскольку развитые страны и ТНК пытаются осуществлять лишь первичную обработку минерального сырья в развивающихся странах, то последним необходимо наращивать выпуск готовой продукции, что позволило бы им значительно увеличить доходы от экспорта;
Проведение прогрессивных аграрных преобразований;
Объединение усилий всех стран для решения глобальных проблем, значительное увеличение расходов на устранение экологического кризиса за счет ослабления гонки вооружений и сокращение военных расходов.
Использование комплекса экономических мер управления качеством окружающей среды, в том числе субсидий и дотаций на изготовление экологически чистой продукции, за выполнение государственных экологических проектов другое.
Вопросы для самоконтроля:
1. Сущность процесса глобализации и его признаки.
2. Финансовая глобализация.
3. Ключевые элементы финансовой революции.
4. Глобальные проблемы и причины их возникновения.
5. Классификация глобальных проблем.
6. Пути решения основных глобальных проблем.
7. Международное регулирование глобальных проблем.
Тема 17. Международное регулирование глобальных проблем
План:
1. Международные организации системы ООН.
2. Организации системы ОЭСР.
3.
Международное энергетическое агентство (МЭА).
4. Агентство по ядерной энергии (АЯЭ).
5. Совет Европы. Организация по безопасности и сотрудничеству в Европе (ОБСЕ).
6. Лига арабских государств, Исламская конференция.
7. Мировой банк. Конференция ООН по торговле и развитию (ЮНКТАД).
Борьба за мировое господство и вражда между ведущими странами мира привели к гибели первой модели глобализирующегося мира, которая возникла в начале ХХ ст. (после Первой мировой войны и серии разрушительных революций), для предупреждения новых катаклизмов была организована Лига Наций. Она была создана в 1919 году по инициативе стран-победителей в войне Франции и Великобритании.
В нее вошли более 30 стран. Однако США не вошли в эту организацию, Германия и Италия вышли из нее в 1934 году, уже готовясь к будущей агрессии. После выхода фашистских государств СССР вошел в Лигу Наций, но в 1939 году был исключен из нее за агрессию против Финляндии. Лига Наций не выполнила своей цели и фактически прекратила свое существование. Началась Вторая мировая война.
После ее окончания государства-победители снова сделали попытку создания международной организации, способной регулировать отношения между странами и решать мировые проблемы. В 1945 г. была создана Организация Объединенных Наций (ООН), а годом ранее на Бреттон-Вудской конференции был организован Международный валютный фонд и Всемирный банк. На сегодня в системе международных организаций насчитывается более 4 тыс., из которых более 300 — межгосударственные.
Международные организации можно разделить по нескольким принципам:
1. Межгосударственные (межправительственные) и негосударственные. Подавляющее большинство международных организаций — негосударственные. Среди них большое количество разнообразных ассоциаций, союзов и фондов.
2. Универсальные, открытые для всех государств, и специализированные, например, региональные или отраслевые международные организации.
3. Организации общей компетенции, охватывающие все сферы политических, экономических, социальных и культурных отношений (ООН, Совет Европы, Лига арабских государств), и специальной компетенции, осуществляющих сотрудничество в любой определенной сфере (Всемирный почтовый союз, Международная организация труда, Всемирная организация здравоохранения).
4. Межгосударственные и надгосударственные организации, решение которых в отличие от решений межгосударственных организаций, непосредственно распространяются на физических и юридических лиц государств-членов организаций (например, Решение ЕС обязательны для всех лиц в странах ЕС).
5. Открытые организации, к которым можно свободно вступать, и закрытые, вступление в которых происходит по приглашению первооснователей (например, НАТО).
Международные организации можно классифицировать по направлениям деятельности и объектам регулирования. В соответствии со следующим классификационным признаком международные экономические организации можно разделить на:
а) организации, предназначенные для решения комплексных политических, экономических, социальных и экологических проблем. Сюда относят организации системы ООН, ОЭСР, Совет Европы и др.;
б) организации, которые регулируют мировые финансовые рынки и международные валютно-финансовые отношения (МВФ, группа Всемирного банка и др.);
в) организации, которые регулируют товарные рынки и международные торговые отношения (ВТО, ОПЕК и др.);
г) региональные международные организации (НАФТА, ЕС и др.).
Экстенсивный путь решения энергетической проблемы предполагаетдальнейшее 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.
На этой основе получает импульс интенсивный путь решения энергетической проблемы, заключающийся прежде всего в увеличении производства продукции на единицу энергозатрат. Энергетический кризис 70-х гг. ускорил развитие ивнедрение энергосберегающих технологий, придает импульс структурной перестройке экономики. Эти меры, наиболее последовательно проводимые развитыми странами, позволили в значительной степени смягчить последствия энергетического кризиса.
В современных условиях тонна сбереженного в результате сберегающих мер энергоносителя обходится в 3-4 раза дешевле, чем тонна дополнительно добытого. Это обстоятельство явилось для многих стран мощным стимулом повышения эффективности использования энергоносителей. За последнюю четверть XX в. энергоемкость хозяйства США снизилась вдвое, а Германии - в 2,5 раза.
Под воздействием энергетического кризиса развитые страны в 70-80-х гг. провели масштабную структурную перестройку экономики в направлении снижения доли энергоемких производств. Так, энергоемкость машиностроения и особенно сферы услуг в 8-10 раз ниже, чем в ТЭК или в металлургии. Энергоемкие производства сворачивались и переводились в развивающиеся страны. Структурная перестройка в направлении энергосбережения приносит до 20% экономии топливно-энергетических ресурсов в расчете на единицу ВВП.
Важным резервом повышения эффективности использования энергии является совершенствование технологических процессов функционирования аппаратов и оборудования. Несмотря на то что это направление является весьма капиталоемким, тем не менее эти затраты в 2-3 раза меньше расходов, необходимых для эквивалентного повышения добычи (производства) топлива и энергии. Основные усилия в этой сфере направлены на совершенствование двигателей и всего процесса использования топлива.
В то же время многие государства с формирующимися рынками (Россия, Украина, Китай, Индия) продолжают развивать энергоемкие производства (черная и цветная металлургия, химическая промышленность и др.), а также использовать устаревшие технологии. Более того, в этих странах следует ожидать роста энергопотребления как в связи с повышением жизненного уровня и изменением образа жизни населения, так и с нехваткой у многих из этих стран средств на снижение энергоемкости хозяйства. Поэтому в современных условиях именно в странах с формирующимися рынками происходит рост потребления энергетических ресурсов, тогда как в развитых странах потребление сохраняется на относительно стабильном уровне. Но необходимо иметь в виду, что энергосбережение в наибольшей степени проявило себя в промышленности, но под влиянием дешевой нефти 90-х гг.
Глобальные проблемы человечества
слабо сказывается на транспорте.
На современном этапе и еще на долгие годы вперед решение глобальной энергетической проблемы будет зависеть от степени снижения энергоемкости экономики, т.е. от расхода энергии на единицу произведенного ВВП.
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.
Литература
1. Вернадский В.И. Биосфера. М.: Мысль, 1967
2. Вернадский В.И. Живое вещество. М.: Наука, 1976
3. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения, М.: Наука, 1965
4. Биосфера: Сб./под ред. М.С. Гилярова. М.: Мир, 1972
5. Вернадский В.И. Очерки геохимии. М.: Наука, 1983
6. Каталог биосферы. М.: Мысль, 1991
7. Медоуз Д.Х., Медоуз Д.Л., Рандерс И. За пределами роста – М.: Прогресс Пангея, 1994
⇐ Предыдущая123
Читайте также:
Сегодня в мире топливо пока добывается, электростанции работают безостановочно и мировое хозяйство функционирует в убыстряющемся режиме, однако энергетическая проблема остается одной из наиболее острых.
Это объясняется, во-первых, растущим разрывом между высокими темпами развития энергоемких производств развитых (а в ближайшей перспективе и развивающихся) стран и запасами невозобновимых энергоресурсов (нефть, газ, уголь); во-вторых, негативными экологическими последствиями развития энергетики при сохранении традиционной структуры топливноэнергетического баланса (ТЭБ), при резком преобладании загрязняющих видов топлива (около 85% ТЭБ). Оба эти аспекта тесно взаимосвязаны, так как применение возобновимых (альтернативных) источников энергии могло бы значительно облегчить и ресурсную и экологическую напряженность в мире.
Бурно развивающаяся экономика на рубеже XX-XXI столетий требует все больших энергетических затрат. Наука предупреждает, что при современных объемах энергопотребления разведанных запасов органического топлива на Земле хватит примерно на 150 лет, в том числе нефти - на 35, газа - на 50 и угля - на 425 лет (точка отсчета - 1990 г.). Иногда эти прогнозы, высказываемые различными учеными, несколько не совпадают, однако лишь несколько, что, естественно, не придает человечеству дополнительного оптимизма. Таким образом, ограниченность природных запасов углеводородного сырья составляют сегодня главный стержень глобальной энергетической проблемы.
Конечно, по мере расширения поисковых работ достоверные запасы нефти, газа, угля, сланцев возрастают, но это слабое утешение. Во всем мире переходят к разработке месторождений сырья, менее продуктивных или расположенных в труднодоступных районах со сложными природными условиями, что сильно удорожает добычу. Так, эксплуатация нефти с буровых платформ на шельфе Мирового океана обходится гораздо дороже, чем на богатейших месторождениях Ближнего Востока. Во многих странах массовое бурение на нефть и газ ведется уже на глубинах 5-6 км. Истощение ресурсов заставляет вырабатывать ресурсосберегающую политику, широко использовать вторичное сырье.
Впервые об энергетической проблеме заговорили в середине 70х годов, когда на Западе разразился экономический кризис. В течение многих лет нефть оставалась самым дешевым и доступным видом топлива. Благодаря ее дешевизне стоимость энергии долго не изменялась, хотя ее потребление нарастало очень быстро. Арабские нефтедобывающие страны воспользовались продажей нефти как «политическим оружием» в борьбе за свои права и резко повысили на нее цены. Таким образом, основу энергетического кризиса составляли причины не только экономические, но и политические, социальные. Кризис знаменовал собой конец эпохи дешевых источников энергии. Было поставлено под сомнение использование нефти и газа в качестве энергетических ресурсов будущего. Напомним, что эти ресурсы - ценнейшее сырье для химической промышленности.
Итак, сегодня энергетика мира базируется на невозобновляемых источниках энергии - горючих органических и минеральных ископаемых, а также на энергии рек и атома.
Энергетическая проблема
В качестве главных энергоносителей выступают нефть, газ и уголь. Ближайшие перспективы развития энергетики связаны с поисками лучшего соотношения энергоносителей с попытками уменьшить долю жидкого топлива.
Человечество уже сегодня вступило в переходный период - от энергетики, базирующейся на органических природных ресурсах, которые ограничены, к энергетике на практически неисчерпаемой основе (ядерная энергия, солнечная радиация, тепло Земли и т. д.). Для этого периода характерны развитие энергосберегающих технологий и всемерная экономия энергии.
Как же преобразовать гравитационную энергию земли и исключить сжигание природных ресурсов и строительство гидроэлектростанций и других малоэффективных и дорогостоящих сооружений?
Создание гравитационного преобразователя энергии, и это осуществилось.
Предлагаю на суд общественности конструкцию двигателя, использующего разницу гравитации земли на воздух и жидкость, что дает возможность получения механической энергии, а затем, используя обычный электрогенератор получить электричество. Схема представлена ниже.
Изготовление действующего образца мощностью в 5 МВт завершено на НПО ЗАО "Электромаш" г. Тирасполь.
Затраты на изготовление данного двигателя 1500$ США, в комплекте с генератором и управляющим устройством будет стоить примерно 120 000$ США, производительностью 3,6 млн. кВт/час в месяц, что при стоимости 5 центов за один кВт, срок окупаемости менее одного месяца, а изготовление один месяц и никаких строительно-монтажных работ.
Гравитационную электростанцию можно установить в помещении 20 м.кв. и высотой 4 метра. Модификация конструкции позволит использовать Грав.Э.С. на всех видах транспорта, включая авиацию, обеспечением электроэнергией теплом: дома, поселки и города без использования ЛЭП, трансформирующих мощностей и других необходимых устройств для передачи энергий, ее можно производить где угодно, при любых обстоятельствах и в любых количествах.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ГРАВИТАЦИОННОЙ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКУЮ И СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ.
Изобретение относится к области механики, а именно к устройствам преобразования гравитационной энергии в механическую энергию.
Техническое решение основано на законе Архимеда о действии на тело, погруженное в жидкость, выталкивающей силы, которая противоположна силе его тяжести и может быть преобразована в механическую энергию.
Устройство для преобразования гравитационной энергии в механическую включает емкость для жидкости, во внутреннем пространстве которой расположены по горизонтали вращающиеся звездочки, соединенные замкнутыми цепями, на которых неподвижно прикреплены емкости-лодочки, при этом верхние звездочки установлены на неподвижной оси, а нижние на подвижной, выходящей за пределы емкости и служащей валом отбора мощности, который снабжен управляемой муфтой сцепления и соединен с повышающим редуктором.
Способ осуществляют путем подачи в нижнюю часть емкости газа и вытеснения воды из перевернутых вверх дном емкостей-лодочек, этим приводят в движение цепи и вал отбора мощности.
Изобретение относится к области механики, а именно к устройствам для преобразования гравитационной энергии в механическую энергию.
Техническое решение направлено на получение энергии на основе существующего в природе явления, которое позволяет получить экологически чистым способом механическую энергию, и применение ее в хозяйственной деятельности человека.
Сущность технического решения, не имеющего аналогов, заключается в том, что из погруженных в жидкость перевернутых вверх дном емкостей, условно называемых "лодочками", жестко прик4репленных к вертикальной цепи, путем подачи газа снизу вытесняют воду. Пустотелые емкости-лодочки выталкиваются из жидкости под воздействием на них выталкивающей силы, которая противоположна силе тяжести погруженного в жидкость тела и вычисляется по известному закону Архимеда в соответствии формулой:
Цель изобретения — получение энергии за счет выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело.
Указанная цель достигается тем, что устройство для преобразования гравитационной энергии в механическую включающее вертикально установленную емкость, верхняя торцевая поверхность которой имеет свободный выход в атмосферу, а днище выполнено сплошным, 8герметичным, в верхней части емкости горизонтально установлена неподвижная ось со свободно вращающимися на ней звездочками, а в нижней части также горизонтально установлена подвижная ось с жестко посаженными на ней звездочками, каждая верхняя звездочка соединена с нижней звездочкой замкнутой приводной цепью, на которой неподвижно и горизонтально установлены емкости-лодочки, при этом нижняя подвижная ось выходит за пределы емкости и служит валом отбора мощности. Из перевернутых вверх дном емкостей-лодочек, погруженных в жидкость ее вытесняют путем подачи в нижнюю часть емкости газа, приводят в движение цепи и вал отбора мощности.
Сущность технического решения поясняется иллюстрациями, где на фиг. представлено устройство в двух проекциях: слева — главный вид в разрезе; справа — вид сбоку в разрезе.
Устройство для преобразования гравитационной энергии в механическую включает вертикально установленную емкость 1, наполненную жидкостью 2, в верхней части емкости 1 горизонтально установлена неподвижно верхняя ось 3 с подвижными ведомыми звездочками 4, а в нижней части емкости 1 горизонтально установлена подвижная ось 5 с жестко посаженными на ней звездочками 6, каждая верхняя звездочка с нижней соединена замкнутой приводной цепью 7, на которой неподвижно и горизонтально установлены емкости-лодочки 8, при этом нижняя подвижная ось выходит за пределы емкости 1 и служит валом 9 отбора мощности, который посредством управляемой муфты 10 сцепления соединен с редуктором 11 для повышения числа оборотов вала 9 отбора мощности и полезной нагрузкой 12.
Глобальная энергетическая проблема
Под днищем установлен компрессор 13 для подачи газа 14.
Устройство работает следующим образом.
Вертикально установленную емкость 1 заполняют жидкостью 2, затем при включенной управляемой муфте 10 в емкость 1 подают сжатый воздух 14 от компрессора 13. Образующиеся при этом пузырьки газа 14 в жидкости 2 поднимаются вверх и постепенно заполняют перевернутые вверх дном емкости-лодочки 8, вытесняя из них воду. Под действием выталкивающей силы Архимеда емкости-лодочки 8 передвигаются вверх и увлекают за собой приводные цепи 7, которые линейно перемещаются и приводят во вращение ведущие звездочки 6, жестко посаженные на оси 5, а вместе с ними на оси 5, а вместе с ними и вал 9 отбора мощности, который начинает вращаться на холостом ходу быстрее и быстрее, затем при достижении им определенного числа оборотов включают управляемую муфту 10 сцепления и с ее помощью к приводу подключают полезную нагрузку 12. Устройство переходит в рабочий режим и функционирует без участия человека.
Внедрение предлагаемого технического решения позволит в значительной степени экономить исчерпаемые источники энергии и снижать поступление вредных выбросов в окружающую атмосферу, что будет способствовать сохранению экологически благоприятной среды на планете.
Формула изобретения.
Устройство для преобразования гравитационной энергии в механическую отличающееся тем, что, с целью получения энергии за счет выталкивающей силы, действующей в гравитационном поле на тело, погруженное в жидкость, включает вертикально стоящую емкость для жидкости, верхняя торцевая поверхность которой имеет свободный выход в атмосферу, а днище выполнено сплошным, герметичным, во внутреннем пространстве которой установлены по горизонтали вращающиеся звездочки, соединенные замкнутыми цепями, к которым неподвижно прикреплены емкости-лодочки, при этом верхние звездочки установлены на неподвижной оси, а нижние на подвижной, выходящей за пределы емкости и служащей валом отбора мощности, который снабжен управляемой муфтой сцепления и соединен с повышающим редуктором.
Устройство по п.1 , отличающийся тем, что на перевернутых вверх дном емкостей-лодочек, погруженных в жидкость, ее вытесняют путем подачи в нижнюю часть емкости газа, приводят в движение цепи и вал отбора мощности.
Данный гравитационный двигатель изготовленный на 99% в НПО ЗАО «Электромаш» город Тирасполь. Администрацией предприятием остановлено окончание работ и провидение испытаний без каких либо вразумительных объяснений.
Энергетический баланс указанного на фото изделие “Гравитационный Двигатель” с техническими характеристики
Габариты: 1) Длина = 1метр
2) Ширина=1 метр 3) Высота =3 метра
Рабочие емкости объемом в 12 литров кол-во 42 шт.
Расчет мощности данного изделия P= A/t = (F*S)/t =12кг*18шт.*10*1м/1сек.=2160Дж/1сек (мгновенная мощность = 2,160кВт) соответственно в электротехнике мощность изделия определяется потреблением или выработкой энергии в течении часа.
Соответственно мощность данного изделия равняется 2,160кВт* 3600сек = 7776000 кВт или 7,776 МВт
Для работы данного “ Гравитационного двигателя” должен использоваться и в расчетах был применен компрессор мощностью 2,3кВт с производительностью 50 М 3 в час на глубину 10 метров (паспортные данные) так как у нас емкость высотой 3 метра соответственно будет закачиваться в 3 раза больше т.е. 150М 3 воздуха
Работа гравитационного двигателя начинается с запитки от внешнего источника электроэнергии или остаточного давления в ресивере компрессора, далее переходит на автономный режим работы, то есть компрессор запитывается от рабочего генератора.
В расчетах автором было предложено считать линейную скорость движения рабочих емкостей
V=1м/с
Таким образом данный гравитационный двигатель с выше приведенными ТТХ производит 5 МВт электроэнергии в час с запасом.
Обсуждения данного изобретения ведутся в следующих темах:
http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1390902479
http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1390902396/new
http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1390902313/new
http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1390902631/new
http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1390902751/new
http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1390902684/new
http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1233779866
Дата публикации:
28 сентября 2013
Сделать запрос по интересующему вас изобретению