Энергетические проблемы человечества

Вся история существования человека, становления и развития человечества тесно связана с извлечением и потреблением энергии. Все потребности человека могут быть удовлетворены лишь при условии получения энергии: чем энергия доступнее, тем качество жизни человека выше, а ее продолжительность больше.

Первый энергетический скачок произошел, когда человек научился добывать, использовать и поддерживать огонь. Главные энергетические источники в это время заключались в мускульной силе самого человека, древесных и иных горючих растительных материалах.

К средним векам человек научился использовать рабочий скот, энергию ветра, воды, дров, угля и некоторых других природных горючих минеральных ресурсов — нефти, сланцев, торфа. Потребление энергии по сравнению с первобытными общинами возросло примерно в 10 раз [1].

Современное человечество в индустриальном обществе потребляет в 100 раз больше энергии, чем первобытный человек, да и живет в четыре раза дольше и неизмеримо в более комфортабельных условиях.

В современном мире энергетика является основой развития базовых отраслей промышленности, определяющих прогресс общественного производства. Во всех промышленно развитых странах темпы развития энергетики опережали темпы развития других отраслей деятельности. При всем этом энергетика — один из источников неблагоприятного воздействия на окружающую среду и на человека как часть биосферы.

Глобальное потребление энергии возросло в 30 раз за последние 200 лет, прошедших со времени начала индустриальной эпохи, и достигло к 1994 г. 13,07 Гт у. т./год (тонна условного топлива — мера энергии, равная 7 млрд. кал. или 29,3 млрд. Дж, соответствует примерно количеству тепла, выделяемому при сгорании 1 т высококачественного каменного угля, 1 Гт = 1 млрд. т) [1].

Значительная (до 80%) часть энергетики связана с потреблением энергии, освобождающейся при сжигании органического ископаемого топлива (нефти, угля, газа, торфа), а также, хоть и в небольшом объеме, древесины.

В настоящее время небезынтересно с экологических позиций оценить общепринятую классификацию источников первичной энергии как коммерческие и некоммерческие.

К коммерческим относят твердые (каменный и бурый уголь, торф, горючие сланцы, битуминозные пески), жидкие (нефть и газовый конденсат), газообразные (природный газ) виды топлива и первичное электричество (электроэнергия, произведенная на ядерных, гидроэлектрических, тепловых, ветровых, геотермальных, солнечных, приливных и волновых станциях).

К некоммерческим относят все остальные источники энергии (дрова, сельскохозяйственные, промышленные и твердые бытовые отходы, мускульная сила рабочего скота и собственно человека).

Мировая энергетика основана на коммерческих источниках энергии — до 90% общего потребления энергии. В середине 90-х годов XX в. мировое потребление коммерческой энергии на душу населения составило, по некоторым оценкам, почти 2,2 т у. т./чел. год. Однако в мире существует значительная группа стран (экваториальная зона Африки, Юго-Восточная Азия, отчасти Центральная и Южная Америка), многочисленное население которых поддерживает свое существование почти исключительно за счет некоммерческих источников энергии.

Мировая энергетика с начала 50-х годов XX столетия характеризовалась ускоряющимся темпом потребления коммерческой энергии (среднегодовая величина прироста составила более 5%), что при годовом приросте численности населения в 2% обусловило почти двукратное увеличение душевого потребления коммерческой энергии с 0,98 т у. т./чел. год в 1950 г. до 1,97 т у. т./чсл. год в 1973 г. (рис. 1).

Рис. 1. Мировое потребление коммерческой энергии на душу населения

В дальнейшем произошли серьезные изменения в стратегических подходах к производству и потреблению энергии. Энергетические квазиглобальные кризисы 1973 и 1979 гг., установление факта об ограниченности (стабильности прироста разведуемых) запасов ископаемого топлива, удорожание его добычи, осознание прямых экологических негативных последствий производства энергии обусловили некоторую смену ориентиров развития энергетики — переход от экстенсивных путей ее развития, от энергетической эйфории к энергетической политике, основанной на энергосбережении, эффективности энергозатрат, экологичности энергии [1].

В течение всей первой половины XX в. уголь с явным преимуществом держал первенство среди источников коммерческой энергии (более 60% до 1950 г.), однако затем резко увеличивается добыча нефти, что было связано с открытием относительно доступных месторождений и колоссальными потребительскими и технологическими достоинствами этого вида ископаемого топлива (рис. 2).

Рис. 2. Структура потребления коммерческой энергии в мире

В 1950 г. мировые запасы нефти составляли около 10,5 млрд. т, а в 1973 г. они достигли более чем 91 млрд. т., прирост происходил главным образом за счет стран Ближнего Востока. Далее запасы нефти увеличивались за счет Аляски, Западной Сибири, Северного моря и Мексики.

Потребление нефти с 1950 по 1975 г. возрастало гигантскими темпами (около 7,5% в год), а на рубеже 1967 г. превысило потребление угля (2,43 Гт у. т. против 2,011 Гт у. т.). Потребление нефти после 1973 г. стабилизировалось на уровне 33,5—4,0 Гт у. т./год, и хотя в последние годы обозначился некоторый рост, по оценкам ведущих мировых экспертов, в целом имеется тенденция к стабилизации и последующему снижению. Одним из основных факторов здесь является истощение запасов. Современная оценка разведанных извлекаемых и дополнительно извлекаемых ресурсов нефти составляет 202 Гт у. т. и 85 Гт у. т. соответственно. При текущем уровне потребления (4,05 Гт у. т./год без учета бункеровочного топлива) полное исчерпание ресурсов нефти наступит примерно к 2065 г [1].

Именно нефть в последние десятилетия была движущей силой индустриализации.

Потребление природного газа монотонно возрастало с темпом около 5% в год и достигло 2,67 Гт у. т. в 1994 г. Запасы природного газа в настоящее время примерно равны запасам нефти: 187 Гт у. т.-~, дополнительно извлекаемые, причем около 40% мировых запасов газа приходится на территорию бывшего СССР. Газ представляет собой наиболее экологичный вид ископаемого топлива, но по своей технологичности и при известных трудностях транспортировки и распределения, по всей вероятности, газ не сможет занять ведущее место в мировом энергобалансе.

С 1950 по 1975 г. удельная доля угля в структуре первичных источников коммерческой энергии снизилась с 58 до 28%. В конце 1973 г. при мировом энергетическом кризисе интерес к использованию угля несколько возрос (почти 30%), а к концу XX в. использование угля стабилизировалось на уровне 28—30% от современного мирового потребления коммерческой энергии и составило 3,36 Гт у. т [1].

Наиболее серьезным препятствием на пути использования угля, запасы которого значительны в Европе и в Северной Америке, выступают проблемы охраны природы. Кислотные осадки, вызываемые выбросами диоксида азота с тепловых электрических станций, как мы отмечали выше, угрожают устойчивости многих крупных экосистем. Значительную проблему представляет выброс золы в атмосферу. Однако несмотря на всю серьезность этих вопросов, их разрешение не имеет принципиальных проблем и лежит сугубо в технической области. Есть все основания полагать, что в ближайшее время эти трудности смогут быть успешно преодолены. Запасы угля намного превышают суммарные запасы нефти и газа (738 Гт у. т.— разведанные извлекаемые и 651 Гт у. т.—дополнительно извлекаемые), и, по-видимому, энергетика будущего, по крайней мере до времени промышленного освоения альтернативных источников энергии, будет опираться именно на уголь.

Вклад первичного электричества в мировой энергобаланс не являлся определяющим в прошлом (4,3% в 1950 г.), не определяет энергетику мира в целом и в настоящее время (около 12% в 1995 г.).

Атомная энергетика (5,9% мирового потребления коммерческой энергии в 1995 г.) после быстрого роста в 70-е и начале 80-х гг. испытывает сейчас жесточайший кризис, чему стали причиной всплеск социальных противоречий, экологическая и политическая оппозиция во многих странах, технические трудности обеспечения возросших требований безопасности АЭС и проблема захоронения радиоактивных отходов, перерасход затрат на строительство и сильный рост себестомости электроэнергии, произведенной на АЭС. Тем не менее у этого вида энергетики есть хорошая перспектива развития, особенно при условии реализации новых физических принципов. В последнее десятилетие количество работающих в мире реакторов и их установленная мощность растут чрезвычайно медленно — их число составляет около 50 при мощности примерно в 360 ГВт. При всех сложностях атомной энергетики есть ряд стран, которые имеют долю «атомного» электропотребления свыше 40% —Литва, Франция, Бельгия, Болгария, Словения, Венгрия и др. [1].

Гидроэнергетика (около 6,7% в 1995 г.), достаточно медленно развивавшаяся в последние 10—20 лет, в целом также переживает кризисный период. В развитых странах, где значительная часть гидроэнергетического потенциала уже исчерпана — в Северной Америке на 60%, в Европе — более чем на 40%, практически нет подходящих мест для строительства экономичных и экологичных гидроэлектростанций.

Проектирование и строительство крупных гидроэнергетических комплексов сейчас осуществляется лишь в Бразилии и Китае. В целом же развитие гидроэнергетики сдерживается острой нехваткой инвестиционного капитала, особенно в развивающихся странах так называемого «бедного Юга». Особых перспектив в улучшении инвестиционного климата в ближайшее время в этих странах ожидать не приходится, в связи с этим заметного увеличения гидроэнергии в мировом энергобалансе также не произойдет. В общем же решение ряда эколо-технических задач позволило бы устранить негативные последствия создания гидроэнергетических комплексов, и именно в развивающихся странах этот источник коммерческой энергии мог бы дать существенный импульс экономике.

Другие источники первичного электричества (солнечная, ветровая, геотермальная энергия) находятся лишь в самом начале промышленного освоения, и в настоящее время их суммарный вклад в мировой алане измеряется долями процента. Это определяется преимущественно экономическими причинами, в первую очередь высокой себестоимостью энергии. Однако по мере развития техники и при переходе массовому производству оборудования эта проблема, несомненно, будет решена и себестоимость энергии достигнет уровня, характерного для традиционной энергетики (рис. 3).

Рис. 3. Структура потребления коммерческих энергоресурсов