Характеристика современной энергетики

 

Структура современной энергетики. Энергетический бюджет мира на сегодняшний день «полиэнергетический», так как для получения энергии используются разные источники (табл. 17).

Таблица 17

Вклад различных энергетических ресурсов в мировую энергетику

(по Сафонову, Лисичкину, 2001)

 

Источник энергии	Вклад в энергетику, %
Уголь Природный газ Сырая нефть Атомная энергия Гидроэнергия Остальные источники	25,40 23,74 37,15 6,37 6,88 0,46

 

Следует подчеркнуть, что за последнее десятилетие ХХ в. параметры энергетики изменились: приросты производства энергии из нефти, газа и на ГЭС составили менее 2%., потребление угля снизилось на 1%, а прирост производства атомной энергии составил всего 0,8% (что связано с «чернобыльским синдромом»). В то же время производство энергии с использованием возобноляемых источников энергии (ВИЭ) существенно возросло: солнечной – на 20%, ветровой – на 25%, геотермальной – на 4% (Brown, 2001).

Разумеется, следует учитывать, что эти показатели относительные: при учете малого вклада нетрадиционной энергетики в общий энергетический бюджет абсолютные приросты производства энергии на основе традиционных энергоносителей имеют несоизмеримо большие величины. Однако очевидно, что интерес к использованию ВИЭ повышается во всем мире.

Большую роль в мире продолжает играть гидроэнергетика, которая использует неисчерпаемый ресурс – энергию движения воды. В развитии гидроэнергетики доминируют Канада, США и Россия, однако доля гидроэнергии в развивающихся странах выше – 31% от выработанной электроэнергии. Самые большие ГЭС построены в Венесуэле (плотина Гури, 10 млн. кВт, что соответствует 10 средним реакторам АЭС), в Бразилии на реке Парана (ГЭС «Итайпу», 12,6 млн. кВт). Асуанская ГЭС, построенная при техническом содействии СССР, обеспечивает более 40% всей потребности Египта в энергии, она сыграла важную роль в улучшении снабжения водой поливного земледелия, дающего стабильные урожаи, и положила конец опустошительным паводкам. В Китае начато строительство ГЭС мощностью 13 млн. кВт.

Крупные ГЭС составляют основу гидроэнергетики РФ, что отличает ее от США: несмотря на то, что гидроэнергетика США производит в 1,5 раза больше энергии, средняя мощность американских ГЭС в 4,5 раза ниже. В развитых странах Запада резервы расширения гидроэнергетики ничтожны (использовано 98% потенциала гидроресурсов). В Северной Америке мощность ГЭС также почти достигла предела (83% потенциала).

ГЭС дают энергию более дешевую, чем тепловые станции. Рентабельность ГЭС в России значительно выше, чем ТЭС и АЭС, а себестоимость электроэнергии в 6 раз ниже, чем на ТЭС. По этой причине Норвегия, располагающая большими ресурсами нефти и газа в Северном море, базирует свою электроэнергетику исключительно на энергии горных рек (более 90% всей энергии).

Исчерпаемость ресурсов углеродистых энергоносителей. Воснове мировой энергетики лежат ископаемые энергоносители, в первую очередь нефть. Ресурсы этих энергоносителей ограничены. По разным данным, угля хватит на 250-400 лет, природного газа – на 60-100 лет, нефти – на 40-60 лет. В России запасы нефти могут иссякнуть к 2020 г. (Крылов, 1999). Если в 1980 г. Россия добывала 600 млн. т нефти, то в 1996 г. было добыто только половина этого количества. Ранее открытые перспективные месторождения быстро истощаются, к примеру, в месторождении Саматлор в 1990 г. было добыто 146 млн. т нефти, а в 1997 г. – уже только 15 млн. т. «Нефтяная столица Сибири» г. Нижневартовск обречен на вымирание. Очевидно преувеличены оценки запаса нефти на Каспии. При этом, поскольку наиболее доступные месторождения уже исчерпаны, начата добыча нефти из более глубоких пластов и на морских шельфах, что значительно удорожает ее стоимость.

Загрязнения окружающей среды при использовании углеродистых энергоносителей. Эти энергоносители не только исчерпаемые, но и «экологически грязные». Их использование загрязняет окружающую среду, причем загрязнение нарастает по ряду: газ – нефть – уголь (табл. 18).

Таблица 18

Выбросы в атмосферу отходов электростанций мощностью

1000 МВт, работающих на разных видах ископаемого топлива

 

Топливо	Выбросы, т/год
пыль	угарный газ	оксиды азота	двуокись серы	Углеводороды
Уголь
Нефть
Газ		–

 

Экологическая опасность крупных ГЭС. Строительство равнинных ГЭС отчуждает из использования огромные массивы плодородных земель (как случилось при строительстве каскада ГЭС на Волге) или лесов. В результате строительства волжского каскада было затоплено 264,5 тыс. га пашни, 732,6 тыс. га сенокосов и пастбищ, 845,2 тыс. га пойменных лесов и кустарников. Пришлось перенести 2513 населенных пунктов с населением в 643,3 тыс. человек.

Гидроэлектростанции в Сибири строили без расчистки леса на дне будущих рукотворных морей. Так, при строительстве Братской ГЭС было затоплено 40 млн. м³ прекрасной древесины хвойных пород. Если бы эту древесину использовали, то стоимость продуктов ее переработки смогла бы покрыть все расходы на строительство ГЭС. Примерно 20 млн. м³ древесины осталось на дне водохранилища Усть-Илимской ГЭС, без расчистки дна были заполнены и водохранилища Вилюйской и Саяно-Шушенской ГЭС. Затопление леса не только лишает страну ценной древесины, но и ухудшает качество воды в водохранилищах и препятствует судоходству.

Строительство крупных водохранилищ полностью нарушает жизнь экосистем рек, в первую очередь препятствует нормальной миграции рыб. В результате строительства волжского каскада площадь нерестилищ осетровых сократилась в 10 раз – с 4000 до 400 га. При этом естественные нерестилища белуги, белорыбицы и сельди уничтожены полностью, русского осетра – на 80%, севрюги – на 60%. По этой причине резко упали уловы осетровых: в 1984 г. вылавливалось 24 тыс. т (90% мировой добычи), в 1994 г. – 4,5 тыс. т (без учета браконьерского лова, который составляет примерно столько же).

В то же время в водохранилищах массово размножаются виды рыб, которые не играли большой роли в естественной ихтиофауне рек (лещ, плотва, судак, щука и др.). В итоге общие уловы растут. В водохранилищах сегодня вылавливают 30 тыс. т рыбы, что примерно в 10 раз больше уловов до строительства каскада.

Кроме того, на дне водоемов накапливаются тысячи тонн (как правило, ядовитых за счет промышленных и бытовых стоков в реки) осадков. Это практически навсегда выводит территорию из дальнейшего использования, даже в случае, если водохранилище будет спущено.

В последние годы все более очевидными становятся отрицательные социально-экологические последствия, связанные с нарушением естественного гидрологического режима Нила при строительстве Асуанской плотины.

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. Так, в Италии в Вайоне в 1993 г. при прорыве плотины погибло 2118 человек, а в Индии от прорыва плотины Гуджерат – 16 тыс. человек.

По современным представлениям, у крупных ГЭС нет перспектив. Их значительно больше у малых ГЭС, которые включены в нетрадиционную энергетику (см. 4.3).

 

Контрольные вопросы

1. Какова современная структура мировой энергетики?

2. Чем различаются по влиянию на окружающую среду разные виды теплоэнергетики?

3. Охарактеризуйте современную гидроэнергетику мира.

4. В чем заключается экологическая опасность крупных ГЭС?

Прогноз энергетики будущего

 

Развитие цивилизации сопровождалось ростом потребности в энергии. Сегодня в мире на одного землянина ежесуточно производится 2 кВт энергии (в США – 10 кВт), предел роста энергопотребления оценивается в 20 кВт на человека, общее энергопотребление человечества при этом будет примерно равно солнечной энергии, фиксируемой растениями, в сумме с поступающим на поверхность планеты геотермальным теплом. Такой уровень энергопотребления биосфера может выдержать, но для этого необходимо примерно в 10 раз сократить загрязнение, которое сопровождает получение энергии сегодня.

Количественный прогноз. Указанные выше экологические пределы энергопотребления мировым сообществом, видимо, не будут достигнуты Стабилизация производства энергии, даже с учетом значительного увеличения ее потребления развивающимися странами, видимо, произойдет к 2050 г. на уровне, который превысит современный уровень не более чем в 4-5 раз, т.е. на уровне 10 кВт на одного человека (Клименко и др., 1997).

Разумеется, в случае, если бы удалось реализовать консервационистский сценарий УР, количество энергии можно было бы сократить минимум в 10 раз, а при широком развитии энергосбережения (см. 4.5) – в 30 раз, что практически сняло бы все экологические проблемы развития энергетики. Тем не менее, как уже отмечалось, реализация этого сценария маловероятна, по этой причине при построении общества УР общее потребление в мире будет возрастать, причем в первую очередь в странах третьего мира.

По прогнозам ООН, мировое потребление энергии вплоть до 2020 г. будет увеличиваться на 2% в год. При этом в основном будут увеличиваться затраты энергии на транспорт, сегодня они растут на 1,4% в год в развитых странах и на 3,6% в развивающихся. Ожидается, что к 2020 г. затраты энергии в транспортном секторе увеличатся на 75%. Подушное потребление энергии близко к стабилизации уже в 2000 г. и в дальнейшем не будет увеличиваться (Клименко, Клименко, 1998).

По данным Мирового энергетического совета (МИРЭС), потребление энергии в мире уже к 2020 г. возрастет на 50-75%, причем в значительной мере за счет развивающихся стран (табл. 19). В США рост производства энергии уже резко замедлился, но получило развитие энергосбережение (Вайцзеккер и др., 2000). В целом прогнозируется увеличение потребления энергии в Азии в 2,24 раза, в том числе в Китае – в 1,96 раза (по сравнению с 1990 г.).

Таблица 19

Возможный прогноз роста потребностей в энергии в мире

и ее душевого потребления

 

Показатель
Потребление энергии, млрд. т условного топлива
Всего Развитые страны Развивающиеся страны	5,1 3,2 1,9	13,2 8,6 4,6	19,5 10,0 9,5
Душевое потребление, т условного топлива
Развитые страны Развивающиеся страны	3,6 0,9	5,0 1,1	6,7 1,4

 

Прогноз структуры энергетики. Этот прогноз различается у разных экологов. По центристскому сценарию прогнозируется сохранение «полиэнергетической» структуры с равным вкладом тепловой, атомной и нетрадиционной (на основе ВИЭ) энергетики. При этом будет снижаться доля энергии, получаемой за счет нефти, и увеличиваться роль ТЭЦ на угле. Однако в угольной энергетике должна произойти научно-техническая революция с переводом ее на подземную газификацию угля, что резко снизит влияние на окружающую среду этого ныне самого экологически грязного топлива. Научные разработки в этом направлении проводятся, особенно в США. Они показывают, что повышение экологической чистоты угольной энергетики повысит стоимость получаемой энергии примерно в 3 раза. Созданы эффективные фильтры, улавливающие газообразные выбросы ТЭЦ, работающих на угле, но они также дороги и, кроме того, не решают проблемы угольной золы, которая образуется на ТЭЦ в огромном количестве, токсична и радиоактивна.

Предстоит повышение КПД (примерно в 2 раза, с 30 до 60%) электростанций, работающих на газе и жидких энергоносителях, в первую очередь на мазуте, который является отходом производства бензина. Возможно, получат распространение экономичные тепловые элементы, которые преобразуют тепло в электричество так же, как фотоэлементы. Для ТЭЦ на мазуте также необходимы надежные фильтры, защищающие атмосферу от загрязнения.

Общий прогноз объема и структуры потребления первичных энергоресурсов в мире на 2020г. показан в табл. 20

Таблица 20

Оценка МИРЭС объемов потребления первичных энергоресурсов

в мире по сравнению с 1990г.

 

Показатель	1990 г., млн. т у.т.	2000 г., млн. т у.т.	Прирост, %
Суммарное потребление первичных энергоресурсов (всего) В том числе: твердое топливо нефть газ атомная энергия гидроэнергия традиционные ВИЭ новые ВИЭ

Примечания к таблице:

у.т. – условное топливо, единица, которую используют для сопоставления тепловой ценности различных видов энергоносителей; 1 кг у.т. равен примерно 7000 ккал/кг (что соответствует 1кг антрацита);

к традиционным ВИЭ относят дрова и отходы лесного и сельского хозяйства;

к новым ВИЭ относят солнечную, ветровую, геотермальную энергию, океанскую энергию и энергию малых водотоков.

 

Из этого прогноза следует, что наиболее активно в ближайшие десятилетия будут развиваться газовая и атомная энергетика, а также гидроэнергетика и энергетика на основе новых ВИЭ. МИРЭС не планирует повышения вклада угольной энергетики, т.к. его эксперты не уверены в том, что в ближайшие десятилетия удастся разработать экономически и экологически эффективные способы получения энергии из угля.

Общая позиция МИРЭС по вопросу о будущем энергетики была сформулирована в шести постулатах:

1. Органическое топливо (нефть, газ, уголь) будут доминировать в топливном балансе в ближайшие 30 лет;

2. Умеренные темпы роста производства атомной энергии требуют немедленного решения вопроса повышения уровня безопасности АЭС и захоронения отходов;

3. Необходима техническая и экономическая разработка всех аспектов развития нетрадиционной энергетики на основе ВИЭ;

4. Необходимо исследовать связь роста потребления энергии с демографическими изменениями в мире;

5. Необходимы государственные энергосберегающие программы для снижения энергоемкости ВВП;

6. МИРЭС должен разработать программу «Энергетические горизонты в мире с населением 9 млрд. человек», т.е. на уровень 2100 г.

 

Контрольные вопросы

1. Как будет развиваться энергетика развитых и развивающихся стран в следующие 30 лет?

2. Что значит «полиэнергетика»?

3. Каковы перспективы развития угольной энергетики?

4. Каковы перспективы использования ВИЭ?