Одним из основных факторов
экономики любой страны, являются энергоресурсы. Их наличие, виды, доступ к ним
значительно влияют на экономическое развитие отдельных отраслей промышленности
сельского хозяйства и страны в целом. Наша страна обладает колоссальными
запасами различных энергоносителей. Но постоянное развитие промышленности,
увеличение роста потребления энергоносителей делает эти запасы не бесконечными.
Кроме того, энергоносителей, которые как говорится «лежали на поверхности»
становится всё меньше и меньше. И для того, чтобы добыть ту же нефть, газ или
уголь приходится разрабатывать труднодоступные районы крайнего Севера,
прибрежные шельфы Сахалина и Камчатки и т.д. Всё это сказывается на
себестоимости добытой тонны нефти или угля, кубометра газа, а с учётом
нынешней Российской экономики делают энергоресурсы не просто дорогостоящими, а
их перепродажа фирмами посредниками, не имеющих отношения к производителям
энергоресурсов, непременно ведёт к многократному увеличению себестоимости
выпускаемой продукции. Однако поскольку практически все производители
энергоресурсов являются не государственными предприятиями и монополистами,
государство не может повлиять на ценообразование энергоносителей. Другим
фактором, влияющим на развитие энергетики, является экология. Казалось бы,
имеется дешевая на сегодняшний день атомная и гидроэнергетика, но авария на
Чернобыльской атомной станции, затопление территорий со всеми отрицательными
последствиями при строительстве гидроэлектростанций, пагубно влияют на
окружающую среду. И экологи добились либо прекращения строительства АЭС, либо
их перепрофилирования.
Именно поэтому сейчас, как никогда
остро, встал вопрос: что ждет человечество - энергетический голод или
энергетическое изобилие? В настоящее время мировой энергетический рынок
перенасыщен. Это ведёт к снижению цен на энергоносители на мировых рынках, что
также влияет на экономику стран поставщиков нефти, газа и т.д. Однако по
подсчётам учёных уже в 21 веке жителям земли придётся столкнуться с проблемой
энергоснабжения, т.к. традиционные виды энергоносителей исчерпают себя в большинстве
районов мира. В связи с этим учёные всего мира работают над созданием новых, нетрадиционных
видов топлива, энергоустановок. Разрабатываются гигантские энергетические
программы, осуществление которых потребует громадных усилий и огромных
материальных затрат.
Если в конце прошлого века самая
распространенная сейчас энергия - электрическая - играла, в общем,
вспомогательную и незначительную в мировом балансе роль, то уже в 1930 году в
мире было произведено около 300 миллиардов киловатт-часов электроэнергии.
Вполне реален прогноз, по которому в 2000 году будет произведено 30 тысяч
миллиардов киловатт-часов! Гигантские цифры, небывалые темпы роста! И все
равно энергии будет мало, потребности
в ней растут еще быстрее.
Уровень материальной, а, в конечном
счете, и духовной культуры людей находится в прямой зависимости от количества
энергии, имеющейся в их распоряжении. Чтобы добыть руду, выплавить из нее
металл, построить дом, сделать любую вещь, нужно израсходовать энергию. А потребности
человека все время растут, да и людей становится все больше.
Так за чем же остановка? Ученые и
изобретатели уже давно разработали многочисленные способы производства энергии,
в первую очередь электрической. Давайте тогда строить все больше и больше
электростанций, и энергии будет столько, сколько понадобится! Такое, казалось
бы, очевидное решение сложной задачи, оказывается, таит в себе немало подводных
камней.
Неумолимые законы природы утверждают,
что получить энергию, пригодную для использования, можно только за счет ее преобразований
из других форм. А структура мирового энергохозяйства к сегодняшнему дню сложилась
таким образом, что четыре из каждых пяти произведенных киловатт получаются в
принципе тем же способом, которым пользовался первобытный человек для
согревания, то есть при сжигании топлива, или при использовании запасенной в
нем химической энергии, преобразовании ее в электрическую на тепловых электростанциях.
Конечно, способы сжигания топлива стали
намного сложнее и совершеннее.
Новые факторы – падение или рост цен на
мировом рынке на нефть, быстрое развитие атомной энергетики, возрастание
требований к защите окружающей среды потребовали нового подхода к энергетике.
В разработке Энергетической
программы приняли участие виднейшие ученые нашей страны, специалисты различных министерств
и ведомств. С помощью новейших математических моделей удалось рассчитать несколько сотен
вариантов структуры будущего энергетического баланса страны. Были найдены
принципиальные решения, определившие стратегию развития энергетики страны на
грядущие десятилетия.
Хотя в основе энергетики ближайшего
будущего по-прежнему останется теплоэнергетика на невозобновляемых ресурсах,
структура ее изменится. Должно сократиться использование нефти.
Усовершенствование атомных реакторов, их безопасность позволит существенно
увеличить производство электроэнергии на атомных электростанциях.
Начнется использование пока еще не тронутых гигантских запасов дешевых углей,
например, в Кузнецком, Канско-Ачинском, Экибаcтузском бассейнах. Широко будет
применяться природный газ, запасы которого в нашей стране намного
превосходят запасы в других странах.
На пороге 21 века, учёные трезво отдают
себе отсчет в реальностях третьего тысячелетия. К сожалению, запасы нефти,
газа, угля отнюдь не бесконечны. Природе, чтобы создать эти запасы,
потребовались миллионы лет, израсходованы они будут за сотни лет. Сегодня в
мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления
земных богатств. Ведь лишь при этом условии запасов топлива может хватить на
века. К сожалению, многие нефтедобывающие страны живут сегодняшним днем. Они
нещадно расходуют подаренные им природой нефтяные запасы. Сейчас многие из
этих стран, особенно в районе Персидского залива, буквально купаются в
золоте, не задумываясь, что
через несколько десятков лет эти запасы иссякнут. Что же произойдет тогда, а
это рано или поздно случится, когда месторождения нефти и газа будут исчерпаны?
Колебание на мировых рынках цен на нефть, необходимую не только энергетике, но
и транспорту, и химии, заставило задуматься о других видах топлива, пригодных для замены нефти и
газа. Особенно призадумались тогда те страны, где нет собственных запасов
нефти и газа, и которым приходится их
покупать.
А пока в мире все больше ученых
инженеров занимаются поисками новых, нетрадиционных источников, которые
могли бы взять на себя хотя бы часть забот по снабжению человечества энергией.
Решение этой задачи исследователи ищут на разных путях. Самым заманчивым,
конечно, является использование вечных, возобновляемых источников
энергии-энергии текущей воды и ветра, океанских приливов и отливов, тепла
земных недр, солнца. Много внимания уделяется развитию атомной энергетики, ученые
ищут способы воспроизведения на Земле процессов, протекающих в звездах и снабжающих
их колоссальными запасами энергии. В последнее время интерес к проблеме
использования солнечной энергии резко возрос, и хотя этот источник также
относится к возобновляемым, внимание, уделяемое ему во всем мире, заставляет
нас рассмотреть его возможности отдельно.
Потенциальные возможности энергетики,
основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно
велики. Заметим, что использование всего лишь 0.0125 % этого количества
энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой
энергетики, а использование 0.5% - полностью покрыть потребности на
перспективу. К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные
ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных
препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения.
Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность
потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м2. Поэтому, чтобы коллекторы
солнечного излучения "собирали" за год энергию, необходимую для
удовлетворения всех потребностей человечества нужно разместить их на
территории 130 000 км2. Необходимость использовать коллекторы
огромных размеров, кроме того, влечет за собой значительные материальные
затраты. Из написанного
ясно, что существуют разные факторы, ограничивающие мощность солнечной
энергетики.
Солнечная
энергетика относится к наиболее материалоёмким видам производства энергии.
Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское
увеличение потребности в материалах, а, следовательно, и в трудовых ресурсах
для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление
гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Подсчеты показывают,
что для производства 1 МВТ/год электрической энергии с помощью солнечной
энергетики потребуется затратить от 10 000 до 40 000 человеко-часов. В традиционной
энергетике на органическом топливе этот показатель составляет 200-500
человеко-часов. Так что электрическая энергия, рожденная солнечными лучами,
обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые
надеются, что эксперименты, которые они проводят на опытных установках и
станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.
Другим видом альтернативного
энергоносителя является ветровая энергия. Огромная энергия движущихся воздушных
масс в сто раз превышает
энергетику всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры от легкого
ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов,
приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на
дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко
удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Климатические условия
позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории от наших западных
границ до берегов Енисея. Богаты энергией ветра северные районы страны вдоль
побережья Северного Ледовитого океана, где она особенно необходима. Почему же столь обильный,
доступный, да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В
наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых
потребностей в энергии. Техника 20 века открыла совершенно новые возможности
для ветроэнергетики, задача которой стала другой получение электроэнергии.
В начале века Н.Е.Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе
которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные
получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов
ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В
новых проектах используются достижения многих отраслей знания, современных ветровых установок.
Многие тысячелетия, верно, служит человеку
энергия, заключенная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Огромным
аккумулятором энергии служит Мировой океан, поглощающий большую ее часть,
поступающую от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы,
возникают могучие океанские течения. Рождаются могучие реки, несущие огромные
массы воды в моря и океаны. Понятно, что человечество в поисках энергии не
могло пройти мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научились
использовать энергию рек. Преимущества гидроэлектростанций очевидны постоянно
возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие
загрязнения окружающей среды. Однако здесь имеются свои недостатки экологического
плана, которые ранее при строительстве плотины крупной гидроэлектростанции
учитывались не в полном объёме, что в дальнейшем сказалось как на
сельскохозяйственном производстве, так и на ихтиологии водных бассейнов. Уже в
историческом плане ГОЭЛРО предусматривалось строительство крупных
гидроэлектростанций. В 1926 году в строй вошла Волховская ГЭС, в следующем
началось строительство знаменитой Днепровской. Дальновидная энергетическая
политика, проводящаяся в нашей стране, привела к тому, что у нас, как ни в одной
стране мира, развита система мощных гидроэлектростанций. Ни одно
государство не может похвастаться такими энергетическими гигантами, как
Волжские, Красноярская и Братская, Саяно-Шушенская ГЭС. Эти станции, дающие
буквально океаны энергии, стали центрами, вокруг которых развились мощные промышленные
комплексы. В тоже время строительство водохранилищ этих гигантов породили
необратимые процессы, такие как заболачивание местности, подтопление подпочвенными
водами, нарушение естественных нерестилищ и т.д. Издавна люди знают о
стихийных проявлениях гигантской энергии, таящейся в недрах земного шара.
Память человечества хранит предания о катастрофических извержениях вулканов,
унесших миллионы человеческих жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест
на Земле. Мощность извержения даже сравнительно небольшого вулкана
колоссальна, она многократно превышает мощность самых крупных энергетических
установок, созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании
энергии вулканических извержений говорить не приходится нет пока у людей
возможностей обуздать эту непокорную стихию, да и, к счастью, извержения
эти достаточно редкие события. Но это проявления энергии, таящейся в земных
недрах, когда лишь крохотная доля этой неисчерпаемой энергии находит выход
через огнедышащие жерла вулканов. Маленькая европейская страна Исландия
"страна льда" в дословном переводе, полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и
даже бананами! Многочисленные исландские теплицы получают энергию от тепла
земли. Других местных источников энергии в Исландии практически нет. Зато
очень богата эта страна горячими источниками и знаменитыми гейзерами-фонтанами горячей
воды, с точностью хронометра вырывающейся из-под земли. И хотя не исландцам
принадлежит приоритет в использовании тепла подземных источников (еще древние
римляне к знаменитым баням-термам Каракаллы подвели воду из-под земли), жители
этой маленькой северной страны эксплуатируют подземную котельную очень
интенсивно. Столица - Рейкьявик, в которой проживает половина населения страны,
отапливается только за счет подземных источников. Но не только для отопления
черпают люди энергию из глубин земли. Уже давно работают электростанции,
использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция, совсем
еще маломощная, была построена в 1904 году в небольшом итальянском городке
Лардерелло, названном так в честь французского инженера Лардерелли, который
еще в 1827 году составил проект использования многочисленных в этом районе
горячих источников. Постепенно мощность электростанции росла, в строй
вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в
наши дни мощность станции достигла уже внушительной величины - 360 тысяч
киловатт. Тяжёлый экономический кризис, разразившийся в нашей стране в августе
1998 года со всей остротой показал недоработки в нашей энергетике в районах
Сахалина и Камчатки где большое количество горячих подземных источников
позволило бы своевременно и без больших затрат обеспечить население и
промышленность данных регионов электричеством и теплом. Дальнейшее развитие
геотермальной энергетики, позволили бы обеспечивать электроэнергией и соседние
регионы. Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны. Так,
тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод
океана по сравнению с донными, скажем, на 20 градусов, имеет величину порядка
10^26 Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка
10^18 Дж. Однако пока что люди умеют утилизовать лишь ничтожные долитой
энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так
что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной. Однако
происходящее весьма быстрое истощение запасов ископаемых топлив (прежде всего
нефти и газа), использование которых к тому же связано с существенным
загрязнением окружающей среды (включая сюда также и тепловое "загрязнение",
и грозящее климатическими последствиями повышение уровня атмосферной углекислоты),
резкая ограниченность запасов урана (энергетическое использование которых к
тому же порождает опасные радиоактивные отходы) и неопределенность как
сроков, так и экологических последствий промышленного использования
термоядерной энергии заставляет ученых и инженеров уделять все большее внимание
поискам возможностей рентабельной утилизации обширных и безвредных источников
энергии и не только перепадов уровня воды в реках, но и солнечного тепла,
ветра и энергии в Мировом океане. Широкая общественность, да и многие
специалисты еще не знают, что поисковые работы по извлечению энергии из морей и
океанов приобрели в последние годы в ряде стран уже довольно большие масштабы и
что их перспективы становятся все более обещающими. Наиболее очевидным
способом использования океанской энергии представляется постройка приливных
электростанций (ПЭС). С 1967 г. в устье реки Ранс во Франции на приливах
высотой до 13 метров работает ПЭС мощностью 240 тыс. кВт с годовой отдачей
540 тыс. кВт/ч. Советский инженер Бернштейн разработал удобный способ постройки
блоков ПЭС, буксируемых на плаву в нужные места, и рассчитал рентабельную
процедуру включения ПЭС в энергосети в часы их максимальной нагрузки
потребителями. Его идеи проверены на ПЭС, построенной в 1968 году в Кислой
Губе около Мурманска; своей очереди ждет ПЭС на 6 млн. кВт в Мезенском заливе
на Баренцевом море. Неожиданной возможностью океанской энергетики оказалось
выращивание с плотов в океане быстрорастущих гигантских водорослей келп, легко
перерабатываемых в метан для энергетической замены природного газа. По
имеющимся оценкам, для полного обеспечения энергией каждого человека -
потребителя достаточно одного гектара плантаций келпа. Таким образом, в
океане, который составляет 71% поверхности планеты, потенциально имеются
различные виды энергии - энергия волн и приливов; энергия химических связей
газов, питательных веществ, солей и других минералов; скрытая энергия
водорода, находящегося в молекулах воды; энергия течений, спокойно и нескончаемо
движущихся в различных частях океана; удивительная по запасам энергия, которую
можно получать, используя разницу температур воды океана на поверхности и в
глубине, и их можно преобразовать в стандартные виды топлива.
Такие количества энергии, многообразие
ее форм гарантируют, что в будущем человечество не будет испытывать в ней недостатка.
В то же время не возникает необходимости зависеть от одного - двух основных
источников энергии, какими, например, являются давно использующиеся ископаемые
виды топлива и ядерного горючего, методы, получения которого были разработаны
недавно.
И тем не менее, несмотря на то,
что извлечение энергии океана находятся на стадии экспериментов и процесс
ограничен и дорогостоящ, факт остается фактом, что по мере развития научно-технического
прогресса энергия в будущем может в значительной степени добываться из моря.
Когда - зависит от того, как скоро эти процессы станут достаточно дешевыми. В
конечном итоге дело упирается не в возможность извлечения из океана энергии
в различных формах, а в стоимость такого извлечения, которая определит, насколько
быстро будет развиваться тот или иной способ добычи.
Когда бы это время ни
наступило, переход к использованию энергии океана принесет двойную пользу:
сэкономит общественные средства и сделает более жизнеспособной третью планету
Солнечной системы - нашу Землю.
Впервые удар по общественному
карману был нанесен в 1973 году подъемом цен на ископаемые виды топлива.
Экономика, однако, лишь одна
сторона дела. Другая сторона относится к странам развивающимся, которые
стараются достичь уровня жизни промышленно развитых стран, определяющегося
использованием большого количества энергии. Сегодня народы Азии, Африки и
Латинской Америки стремятся перейти от общества, в котором используется в основном
физический труд, к обществу с развитой индустрией.
Для того чтобы удовлетворить
потребность в равноправном распределении дешевой энергии между всеми
странами, потребуется такое ее количество, которое, возможно, в тысячи раз
превысит сегодняшний уровень потребления, и биосфера уже не справится с
загрязнением, вызываемым использованием обычных видов топлива. Тем не менее
президент Института исследований исследований в области электроэнергии в
Пало Альто (Калифорния) Чонси Старр полагает: "Необходимо признать, что
мировое потребление энергии будет развиваться именно в этом направлении и так
быстро, как только позволят политические, экономические и технические
факторы".
Так как соревнование за обладание
истощающимися видами топлива обостряется, расход общественных средств будет
расти. Рост этот продолжится, так как необходимо бороться с загрязнением
воздуха и воды, теплотой, выделяющейся при сгорании ископаемых видов топлива.
Но стоит ли волноваться в
поисках новых источников ископаемого топлива? Зачем дискутировать по вопросу
о строительстве ядерных реакторов? Океан наполнен энергией, чистой, безопасной
и неиссякаемой. Она там, в океане, только и ждет высвобождения. И это -
преимущество номер один.
Второе преимущество заключается в том,
что использование энергии океана позволит Земле быть в дальнейшем обитаемой планетой.
А вот альтернативный вариант, предусматривающий увеличение использования
органических и ядерных видов топлива, по мнению некоторых специалистов,
может привести к катастрофе: в атмосферу станет выделяться слишком большое
количество углекислого газа и теплоты, что грозит смертельной опасностью человечеству.
За время существования нашей
цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на
новые, более совершенные. И не только потому, что старый источник был исчерпан.
Солнце светило и обогревало
человека всегда: и тем не менее однажды люди приручили огонь, начали жечь
древесину.
Затем древесина уступила место
каменному углю. Запасы древесины казались безграничными, но паровые машины
требовали более калорийного "корма".
Но и это был лишь этап. Уголь
вскоре уступает свое лидерство на энергетическом рынке нефти.
И вот новый виток: в наши дни ведущими
видами топлива пока остаются нефть и газ. Но за каждым новым кубометром газа
или тонной нефти нужно идти все дальше на север или восток, зарываться все
глубже в землю. Немудрено, что нефть и газ будут с каждым годом стоить нам все
дороже.
Замена? Нужен новый лидер
энергетики. Им, несомненно, могут стать вышеописанные источники.
В погоне за избытком энергии
человек все глубже погружался в стихийный мир природных явлений и до какой-то
поры не очень задумывался о последствиях своих дел и поступков.
Но времена изменились. Сейчас, в
конце 20 века, начинается новый, значительный этап земной энергетики.
Появилась энергетика "щадящая". Построенная так, чтобы человек
не рубил сук, на котором он сидит. Заботился об охране уже сильно поврежденной
биосферы.
Несомненно, в будущем
параллельно с линией интенсивного развития энергетики получат широкие права
гражданства и линия экстенсивная: рассредоточенные источники энергии не
слишком большой мощности, но зато с высоким КПД, экологически чистые, удобные в
обращении.
Яркий пример тому, быстрый старт
электрохимической энергетики, которую позднее, видимо, дополнит энергетика
солнечная.
Энергетика очень быстро
аккумулирует, ассимилирует, вбирает в себя все самые новейшие идей,
изобретения, достижения науки. Это и понятно: энергетика связана буквально со
Всем, и Всё тянется к энергетике, зависит от неё.
Поэтому энергохимия, водородная
энергетика, космические электростанции, энергия, запечатанная в антивеществе,
кварках, "черных дырах", вакууме, это всего лишь наиболее яркие
вехи, штрихи, отдельные черточки того сценария, который пишется на наших
глазах и который можно назвать Завтрашним Днем Энергетики.
Не так важно, каково
ваше мнение о нуждах энергетики, об источниках энергии, ее качестве и
себестоимости. Нам, по-видимому, следует лишь согласиться с тем, что сказал
ученый мудрец, имя которого осталось неизвестным: "Нет простых решений,
есть только разумный выбор".
Главная