vmest.ru страница 1
скачать файл










Обеспечение энергией — первое условие научно-тех­нического прогресса. Ее основным источником яв­ляется Солнце, именно благодаря этому негаснущему светилу обра­зовались уголь, нефть и газ. Солн­це вызывает перемещение воздуш­ных (ветер) и водных (реки, моря, океаны) масс, человек использует энергию этого движения. Энергия Солнца высвобождается при сжи­гании древесины и утилизируется солнечными элементами, тепло­выми коллекторами и зеркалами солнечных электростанций. Кро­ме солнечной энергии человек ис­пользует энергию распада ядер, тепла земных глубин, лунную энергию (приливы).

Современная энергетика — один из главных факторов неус­тойчивости биосферы. Получение, транспортировка и потребление "углеродной" энергии сопровож­дается химическим загрязнением всех сред жизни, что усугубляется огромным количеством твердых отходов пустой породы при добы­че угля и тепловым загрязнением. Ядерная энергетика вызывает ра­диоактивное загрязнение.

Прошлое и настоящее энергетики

(От Прометея,..)

Вся история человечества — это история роста потребления энер­гии. Особенно бурно росло пот­ребление энергии в XX в., когда произошла научно-техническая революция. С 1925 по 2000 гг. энергопотребление возросло в 10 раз — с 30 до 300 млрд т условного топлива.* Душевое потребление энергии к концу XX в. превысило 5 т в год в развитых странах, в раз­вивающихся странах оно было в 5 раз меньше. Впрочем, за счет того, что в бедных странах проживает более 60% населения мира, их об­щее потребление энергии всего лишь вдвое меньше, чем в богатых странах.

* Тонна условного топлива (тут) соот­ветствует тонне угля среднего качества и дает при сжигании около 30 млрд джоулей.

На разных этапах истории ме­нялась роль разных источников энергии. Вплоть до XX в. основ­ными источниками были древеси­на и органические остатки, затем на первый план вышли ископае­мые энергоносители — уголь, нефть, газ, причем на протяжении XX в. снижалась роль угля и повы­шалась роль нефти и газа, к кото­рым во второй половине столетия прибавилась атомная энергетика. В этот же период стала возрастать роль гидроэнергетики и были по­строены крупнейшие гидроэлек­тростанции.

В последние десятилетия «как на дрожжах» растет интерес к раз­витию энергетики на основе во­зобновимых источников энергии (ВИЭ) — Солнца, ветра, малых во­дотоков , тепла земных глубин, приливов и т. д. Абсолютный вклад ВИЭ-энергетики невелик, однако все ее отрасли бурно прогресси­руют.

Разработано несколько вариан­тов устройств для использования энергии Солнца:


  • солнечные коллекторы, в ко­
    торых солнечная энергия непосре­
    дственно преобразуется в тепло­
    вую. Эти устройства приближены
    к пользователям («солнечные кры­
    ши» для нагревания воды и отоп­
    ления, солнечные сушилки для
    сельскохозяйственных продуктов
    и др.);

  • фотоэлектрические преобра­
    зователи (ФЭП). Стоимость энер­
    гии, получаемой этим способом,
    быстро снижается, и ФЭП начали
    широко применяться как источни­
    ки энергии для отдаленных насе­
    ленных пунктов. В Японии даже
    создан фотогальванический кро­
    вельный материал. За последние
    пять лет XX в. суммарная мощ­
    ность ФЭП утроилась;

• солнечные электростанции
(СЭС) — устройства, в которых
энергия Солнца концентрируется
системой зеркал и нагревает масло
в трубах. Она в 5-7 раз дешевле,
чем энергия ФЭП. Однако пока
КПД СЭС довольно низок (около
15%), недостатком СЭС являются
и очень большие затраты материа­
лов (металла и цемента);

• биологические варианты. В странах Азии популярны уста­новки для получения биогаза из отходов сельского хозяйства (в первую очередъ навоза). Есть опыт добычи свалочного газа и по­лучения швельгаза при термичес­кой обработке органической фракции ТБО.

Ветроэнергетика достигла наи­большего развития в Германии, Англии, Голландии, Дании, США (только в штате Калифорния рабо­тает 15 тыс. ветряков). Объем про­даж ВЭУ ежегодно возрастает на 30%, снижается себестоимость производства энергии (в США за последние 20 лет — более чем в 4 раза). Россия богата углеродис­тыми энергоносителями, и потому ВЭУ у нас пока непопулярны.

В США, Мексике и на Филип­пинах в широких масштабах ис­пользуется геотермальная энергия, доля которой в энергетике состав­ляет соответственно 1%, 4% и 19%. Геотермальная энергия обеспечи­вает теплом столицу Исландии Рейкьявик. В РФ на Камчатке ра­ботает ГеоТЭС мощностью 11 МВт и строится еще одна мощностью 200 МВт.

Накоплен опыт строительства приливно-отливных электростан­ций (ПЭС), которые подобны обычным ГЭС на реках, но «во­дохранилище» заполняется во время прилива. Однако на зем­ном шаре пока сооружено менее 30 ПЭС, так как для обеспечения их нормальной работы разница уровней прилива и отлива должна быть не менее 10 м, а это наблюда­ется лишь на ограниченной пло­щади литорали.

Современный энергетический бюджет мира «полиэнергетичес­кий» и выглядит следующим обра­зом: сырая нефть — 37%, уголь — 25, природный газ — 24, атомная энергия — 6, гидроэнергия — 7, остальные источники — менее 1%.

Общий прогноз развития энергетики

В прогнозе о том, как будет разви­ваться энергетика вXXI в., исполь­зуется два главных показателя:

энергопотребление и структура производства энергии. Что касает­ся первого показателя, то, очевид­но, что его рост будет затухать, причем рост подушного потребле­ния энергии в развитых странах практически прекратится, но бу­дет повышаться эффективность использования энергии за счет энергосбережения. В развиваю­щихся странах подушное потреб­ление энергии будет расти, что бу­дет усугубляться продолжающим­ся ростом народонаселения. Уже через 20 лет общее потребление энергии в развитых и развиваю­щихся странах сравняется. Впро­чем, индус или китаец по-прежне­му будет потреблять в 4—5 раз меньше энергии, чем американец или японец. В дальнейшем разли­чия в подушном энергопотребле­нии будут снижаться, но ситуация, когда в развитых и развивающихся странах оно сравняется, невоз­можна.

Значительно сложнее дать прог­ноз структуры энергетики. Она за­висит от количества различных ре­сурсов и влияния разных отраслей на окружающую среду. Преимуще­ственное развитие получат те от­расли, у которых много ресурсов и которые меньше загрязняют окру­жающую среду. Нет сомнения в том, что на структуру энергетичес­кого бюджета будет влиять конку­ренция разных отраслей энергети­ки. Их успех во многом будет зави­сеть от новых революционных тех­нологических решений.

Очевидно, что на спад пойдет нефтяная энергетика. Запасов нефти хватит лишь на 40—60 лет. Несколько больше перспектив у газовой энергетики — запасов сырья хватит на 60—100 лет. Запа­сов угля на планете много больше, его может хватить на 250—500 лет, однако прогресс угольной отрасли будет зависеть от того, насколько удастся разработать экологически безопасные способы использова­ния этого горючего. Аналогично от уровня развития технологии бу­дет зависеть вклад атомной энер­гетики.

Энергетика будущего должна быть декарбонизированной и де-

централизованной, и потому в ко­нечном итоге лишь отрасли ВИЭ-энергетики и атомной энергетики могут быть модулями устойчивос­ти мирового сообщества. Важным модулем будет энергосбережение, так как за счет 1 тут можно полу­чать в 4 и даже в 10 раз больше ко­нечной продукции, чем получает­ся сегодня. Определенную роль в будущем будет играть тепло­энергетика, однако она очень из­менится.

Модель 1. Энергосбережение

(Следуя Коту Матроскину)

Энергосбережение — это важней­ший дополнительный энергосырь­евой источник, один из важных элементов стратегии создания общества устойчивого развития. За последние 20 лет удельное энер­гопотребление в мире на единицу ВВП уменьшилось более чем на 25%. В будущем энергосбережение затронет все сферы жизни: про­мышленность, транспорт, сельс­кое и жилищно-коммунальное хо­зяйство. Слова Кота Матроскина «А я экономить буду» станут глав­ным принципом использования энергии.

Энергосбережение в промыш­ленности увеличится за счет ис­пользования энергосберегающих технологий и вторичных ресурсов. Так, уже сегодня в 10 раз эконо­мится энергия, если сталь выплав­ляется не из чугуна (а тот — из ру­ды), а из металлолома. В 3 раза меньше затрачивается энергии на производство стекла из битой по­суды, по сравнению с процессом варки его из первичного сырья. Важную роль сыграет оптимиза­ция территориальной структуры производства: переработка метал­лолома без транспортировки на металлургические комбинаты, за­мена больших хлебозаводов мини-пекарнями, гигантов пивоварен­ной промышленности мини-пиво­варнями и т. д.

Уже очевидны перспективы энергосбережения за счет эколо­гизации автомобильного транс­порта, повышения КПД теплово­зов, теплоходов, электровозов, са­молетов и т. д. При этом энерго-

сбережение будет сопровождаться уменьшением вклада в загрязне­ние окружающей среды. Значи­тельное количество энергии будет экономиться в сельском и комму­нальном хозяйстве.

Особенно велики ресурсы энергосбережения в России, где на единицу ВВП затрачивается энергии в 2—3 раза больше, чем в развитых странах. Несмотря на то что в нашей стране значительное количество энергии затрачивается на компенсацию холодного кли­мата, энергосбережение — это важнейший ресурс энергетики бу­дущего.

Модуль 2. Атомная энергетика (И очень хочется, и больно колется)

Роль атомной энергетики возрас­тает: в настоящее время в 88 стра­нах мира работает 437 ядерных энергоблоков и строится еще око­ло 50. Место атомной энергетики в энергетике будущего — едва ли са­мый дискуссионный вопрос, осо­бенно после страшных аварий на Чернобыльской АЭС и в храни­лище радиоактивных отходов в Кыштыме. Сегодня у атомной энергетики есть активные защит­ники и непримиримые против­ники.

О перспективности развития атомной энергетики в последние годы говорят в «Римском клу­бе» — одной из самых авторитет­ных неправительственных орга­низаций, которая в 60—70-е годы XX в. «делала погоду» в оценках современного состояния и прог­нозах на будущее мирового сооб­щества. Эксперты «Клуба» счита­ют, что нефть — слишком дорого, уголь — слишком опасно для природы, вклад ВИЭ — слиш­ком незначителен, единственный шанс — придерживаться ядерного варианта. Ядерная энергетика бурно развивается во Франции и Великобритании. В Японии стро­ятся новые АЭС (в том числе и са­мая крупная в мире «Фукусама») в сейсмически опасных районах на берегу океана. Начинают стро­ить АЭС развивающиеся страны Южной Америки, Азии и Афри­ки. Возобновляется ранее приос-

тановленное строительство АЭС даже в странах, пострадавших от Чернобыльской катастрофы — Украине, Белоруссии, РФ. Возоб­новляется работа АЭС в Армении. Начинается строительство АЭС в Башкортостане.

В то же время "заморозили" свои ядерные программы Швеция и ФРГ. Основным аргументом противников АЭС является накоп­ление и трудность переработки радиоактивных отходов (РАО). К РАО относятся отработанные тепловыделяющие элементы АЭС (ТВЭЛы), конструкции АЭС при ремонте и демонтаже (срок их службы не превышает 40—60 лет), рабочая одежда сотрудников АЭС и др. Сложная проблема ядерной энергетики — обращение с плуто­нием, который является самым опасным «отходом» при работе ядерных реакторов (если он не ис­пользуется для создания ядерных боеголовок). Во многих странах мира, в том числе и в России, раз­рабатываются ядерные реакторы, в которых можно «сжечь» плуто­ний (обычно в смеси с ураном). Наибольшего прогресса в этом достигла Япония, которая считает плутоний ценным ядерным топли­вом будущего и активно скупает его у других ядерных держав.

Главные аргументы в пользу развития атомной энергетики — это сравнительная дешевизна энергии и небольшое количество отходов. В пересчете на единицу производимой энергии отходы от АЭС в тысячи раз меньше, чем на угольных ТЭС (1 стакан урана-235 дает столько же энергии, сколько 10 тыс. т угля). Достоинством АЭС является и отсутствие выбросов в атмосферу диоксида углерода. Наконец, атомные электростан­ции занимают мало места. Пло­щадь, необходимая для производ­ства 1 МВт энергии, на АЭС со­ставляет около 600 м2. Для срав­нения: эта площадь составляет для ТЭС на газе 1500, на угле — 2400 м2, а для СЭС и ВЭУ соответ­ственно - 100 000 и I 700 000 м2.

Сегодня уже совершенно оче­видно, что при нормальной работе АЭС экологический риск несрав-

ненно ниже, чем в угольной про­мышленности. По примерным расчетам, закрытие уже сущест­вующих АЭС потребовало бы дополнительно сжигать ежегодно 630 млн т угля, что привело бы к поступлению в атмосферу 2 млрд т диоксида углерода и 4 млн т ток­сичной и радиоактивной золы. За­мена АЭС на ТЭС привела бы к 50-кратному увеличению смертности от атмосферного загрязнения. Для извлечения из атмосферы этого дополнительного диоксида угле­рода потребовалось бы посадить лес на площади, которая в 4—8 раз превышает территорию ФРГ.

В целом вопросы переработки и безопасного захоронения РАО технически разрешимы. Вероят­ность аварий на современных АЭС крайне низка. Так, в Великобрита­нии она составляет не более чем 1:1 000 000.

Повышаются технологический уровень атомной энергетики и ее экологическая безопасность. Уже разработаны проекты внедрения новых, более экономичных реак­торов, способных расходовать на получение единицы электроэнер­гии в 4—10 раз меньше урана, чем современные. Как отмечалось, ре­шается вопрос об использовании в качестве «топлива» плутония. Кроме того, показана принци­пиальная возможность использо­вания тория, ресурсы которого велики.

Окончательный ответ на вопрос о том, какую роль сыграет атомная энергия в энергетике будущего, даст только время. В конечном итоге все будет зависеть от новых технологических решений.

Модуль 3. ВИЭ-энергетика

(«Солнце, ветер и вода») Можно ожидать, что в будущем развитие ВИЭ-энергетики пойдет по нарастающей, особенно гелио-энергетики и ветроэнергетики.

Американские экологи из инс­титута «WorldWatch» считают, что прямое использование энергии Солнца является самым перспек­тивным направлением развития энергетики, которая к концу XXI в. может покрыть до 40% пот-

ребности в энергии. В пустынях, где много солнца, низка плотность населения и природопользование носит экстенсивный характер, по­лучит развитие гелиоводородная энергетика. За счет солнечной энергии будет получаться водород, который несложно транспортиро­вать в города и промышленные предприятия по трубопроводам. Вклад ФЭП в энергетику будет за­висеть от того, насколько удастся удешевить получение химически чистого кремния.

Ряд стран планирует увели­чить вклад биологической гелио­энергетики, Великобритания и Австрия, к примеру, собираются засадить лесом обширные площа­ди земель, непригодных для сель­скохозяйственного использова­ния. На этих плантациях будут вы­ращиваться быстрорастущие по­роды, такие как тополь, срезку которого производят уже через 3 года после посадки (высота де­ревьев около 4 м, диаметр стволи­ков больше 6 см).

По оптимистическим прогно­зам, за счет энергии ветра можно удовлетворять до 1/4 мировой потребности в энергии. Однако для того чтобы увеличить вклад ВЭУ в энергетику, необходимо много алюминия для ветряных «колес» и башен, а, как известно, производство алюминия является одним из наиболее энергоемких и экологически грязных процессов. На суше оптимальными являются ветряные фермы из многих не­больших установок (самая боль­шая ферма сооружена в Калифор­нии и состоит из почти 1000 ВЭУ, ее общая мощность составляет 100 МВт). Отдельные небольшие ВЭУ — идеальные источники энергии для сельскохозяйствен­ных ферм. При выносе в море ока­зываются более выгодными мощ­ные ВЭУ, так как шумовое загряз­нение в этом случае не опасно. В разработке проектов морских ВЭУ лидерство принадлежит ФРГ, где разработан проект установки с диаметром ротора 100 м и мощ­ностью 5 МВт.

Перспективы геотермальной энергетики ограничены, так как


использование тепла земных глу­бин экономически эффективно лишь там, где горячие воды при­ближены к поверхности земной коры — в районах активной вулка­нической деятельности с много­численными гейзерами (Камчат­ка, Курилы, острова Японского архипелага). В РФ можно ожидать развития геотермальной энергети­ки на Северном Кавказе. Сдержи­вать развитие геотермальной энер­гетики будет сложность решения вопросов экологической безопас­ности (опасность представляют сильно засоленные воды, которые получаются при конденсации го­рячего пара).

Неисчерпаемость источника энергии движущейся воды, отсут­ствие выбросов в атмосферу и сравнительная дешевизна получа­емой энергии сделали гидроэнер­гетику одним из самых экологич­ных вариантов получения энергии. В странах Европы и США резервы развития гидроэнергетики исчер­паны. В России эти резервы есть, однако возможности их использо­вания ограничены.

Строительство крупных ГЭС на равнинных реках, подобных соз­данным на Волге или в Сибири, не оправдано ни экологически, ни экономически. ГЭС на горных ре­ках удобны тем, что не связаны с затоплением больших территорий, но они могут быть опасны из-за довольно высокой вероятности ка­тастроф ввиду сейсмической не­стабильности этих районов. Зем­летрясения приводят к огромным жертвам (в Италии в Байоне при прорыве плотины погибли 2118 че­ловек, а в Индии от прорыва пло­тины Гуджерат — 16 тыс. человек).

Значительно больше перспек­тив у малой гидроэнергетики. Программы строительства малых ГЭС ныне приняты в ряде регио­нов мира. В Китае уже построено 60 тысяч мини-ГЭС, которые снабжают электроэнергией насе­ленные пункты. В РФ с малыми реками связано до 1/3 энергети­ческого потенциала ее водных ре­сурсов, которые можно использо­вать. Малые ГЭС позволят децент­рализовать производство энергии.

что решит проблемы энергетики Севера, Камчатки и других райо­нов, где сегодня основным источ­ником энергии остается завозное дизельное топливо.

Возможно создание экологи­чески безопасных малых ГЭС и на больших реках, но при особом ва­рианте свободнопроточных ГЭС с мощностью от нескольких десят­ков до нескольких сотен кВт, поз­воляющих обходиться без строи­тельства плотин. Кроме того, со­оружаются рукавные микро-ГЭС.

Приливно-отливная энергети­ка — не единственный вариант ис­пользования энергии океана. Уже появились первые электростан­ции, использующие энергию волн, в Японии, Великобритании, Нор­вегии (наиболее крупная из них создана в Норвегии и имеет мощ­ность 500 кВт). Разрабатываются проекты использования тепловой энергии Мирового океана и энер­гии крупных течении (Гольф­стрим, Куросио).

Модуль 4. Теплоэнергетика («Не плюй в колодец»)

В настоящее время теплоэнергети­ка является главным фактором загрязнения атмосферы диокси­дом углерода, что вызывает изме­нение климата. Кроме того, она является причиной кислотных дождей и оказывает отрицательное влияние на состояние озонового слоя. Тем не менее, по всей вероят­ности, на протяжении всего XXI столетия теплоэнергетика сохра­нит свою важную роль. Можно прогнозировать, что будет увели­чиваться вклад газовой энергетики и снижаться доля энергии, получа­емой за счет нефти. Продукты пе­реработки нефти будут использо­ваться в основном в транспорте, но по мере совершенствования двигателей на водороде их роль также будет снижаться.

Неясна перспектива угольной энергетики, которая в современ­ных технологических вариантах не пригодна для будущего. Роль ТЭС на угле может возрасти только в том случае, если будут разработа­ны экономичные способы подзем­ной газификации угля. Научные

разработки в этом направлении проводятся, особенно в США. Они показывают, что повышение экологической чистоты угольной энергетики увеличит стоимость получаемой энергии примерно в 3 раза. Созданы эффективные фильтры, улавливающие газооб­разные выбросы ТЭС, работаю­щих на угле, но они также дороги и кроме того не решают проблемы угольной золы, которая образуется на ТЭС в огромном количестве, токсична и радиоактивна.



Произойдет повышение КПД (примерно в 2 раза, с 30 до 60%) электростанций, работающих на газе и жидких энергоносителях, в первую очередь на мазуте (использование газотурбинных установок). Снизятся тепловые потери за счет децентрализации производства электроэнергии. Небольшие блок-ТЭЦ мощ­ностью от 100 кВт до 10 МВт, рас­положенные в подвальных этажах жилых зданий, позволят исполь­зовать тепловые отходы для отоп­ления. Блок-ТЭЦ вызывают не­значительное загрязнение атмос­феры. Возможно, получат распро­странение экономичные тепло­вые элементы, которые преобра­зуют тепло в электричество так же, как фотоэлементы.

В заключение подчеркнем, что если прогноз замедления скорости роста энергопотребления (особен­но в развитых странах) можно оце­нивать как вполне достоверный, то изменение структуры энергети­ки может быть спрогнозировано не более чем на 20 лет вперед. Именно такой краткосрочный прогноз был здесь рассмотрен. Бо­лее далекие перспективы развития энергетики туманны: научно-тех­нический прогресс, который в XX в. был виновником роста про­изводства энергии и пагубного влияния энергетики на биосферу, может не только остановить рост энергопотребления, но даже пони­зить его. Бесспорно одно: влияние энергетики на окружающую среду резко снизится, она перестанет быть главным фактором дестаби­лизации биосферы.
скачать файл



Смотрите также:
Беспечение энергией первое условие научно-тех­нического прогресса. Ее основным источником яв­ляется Солнце, именно благодаря этому негаснущему светилу обра­зовались уголь, нефть и газ
135.63kb.
В возрасте 10 лет ребёнок становится младшим под­ростком- один из самых сложных периодов развития школьников. В это время ребёнок од­новременно переживает два кризиса возрастной и обра­зовательный
17.26kb.
План учебно-воспитательной работы кафедры философии и социально-политических технологий на 2012/2013 учебный год
38.13kb.
Аникеев И. С. Взаимное обучение : [инклюзивное образование] / И. С. Аникеев // Здоровье детей (Прил к газ. "Первое сентября"). 2011. № С. 36-39
35.4kb.
Севастополь в мае
539.9kb.
Поимо угольщиков тех, кто добывал уголь, тех, кто старался сделать его соответствующим современным требованиям европейского рынка, конечно важнейшую роль играли железные дороги. Все, что было связано с перевозками углей
84.47kb.
Розрахунок № податкового зобов’язання з рентної плати за природний газ та/або нафтовий (попутний) газ
162.65kb.
«Размножение организмов»
126.3kb.
3. Сторонником теории линейного прогресса общественного развития не был 1 А
37.35kb.
Основой современной энергетики является нефть и природный газ. Одним из основных процессов промысловой подготовки нефти является сепарация нефти от газа в сепараторах различных типов [1,2]
44.8kb.
И. Р. Шегельман, С. С. Гладков По прогнозам [1] к 2030 г потребности мировой экономики в энергии возрастут примерно на 60 %, а к 2050 г удвоятся
80.31kb.
1. общая характеристика работы актуальность темы исследования
514.14kb.