CC BY
382
Перспектива развития мировой энергетики и проблемы сохранения экологического равновесия в биосфере. Часть I. Традиционная энергетика
В.В.Алексашина
Энергетика лежит в основе всякой деятельности, поскольку удовлетворяет ключевые первичные потребности человека - в тепле и свете и любого производства - в энергии.
В докладе российского министра атомной промышленности С.В.Кириенко на президентской Комиссии по модернизации России в декабре 2010 года отмечалось, что потребление энергии всей человеческой цивилизацией в 2005 году составило 18 138,3 ТВт-час, что соответствует мощности производства всех энергетических источников примерно в 2 ТВт. На душу населения планеты (общая его численность в 2005 году была равна примерно 6,5 млрд. человек) приходилось 0,3 кВт. В современном мире цивилизационный минимум, при котором резко сокращается детская смертность и увеличивается продолжительность жизни до 70-80 лет, составляет около 2 кВт на человека. То есть сегодня уровень энергопроизводства ниже в 6 раз. Поскольку ООН прогнозирует увеличение численности населения планеты к середине века до 10 млрд. человек, то речь идет о весьма существенном увеличении производства энергии (в несколько десятков раз).
О приоритетном росте энергопотребления свидетельствуют и другие факты, отмеченные в докладе министра. Так, с 1900 по 2008 год население планеты выросло в четыре раза, потребление всех типов энергоресурсов - в 17 раз, а потребление электроэнергии - в два раза более быстрыми темпами. Даже если к 2030 году Индия и Китай будут иметь половину душевого потребления от сегодняшнего американского (на
долю США как абсолютного лидера по потреблению энергии приходится около 40% мирового потребления), это будет означать удвоение потребления энергоресурсов в мире. Таким образом, доступ к дешевым и надежным источникам энергии является важнейшим вопросом жизнедеятельности и безопасности любой страны.
Однако сегодня надвигающаяся мировая энергонедостаточность усугубляется нарастающим кризисом. Дело в том, что последние 200 лет мировая экономика развивалась в основном за счет углеводородных невозобновляемых первичных источников энергии органического происхождения - в XVIII и XIX веках за счет дров и угля, а в XX и начале XXI века - за счет угля, нефти и газа.
В таблице 1 приведена динамика мирового потребления первичных источников в 1900-2000 годах [1].
На схеме, представляющей современную структуру мировой энергетики [2], видно, что на 86,8% потребность в энергоресурсах обеспечивается за счет ископаемого топлива - угля, нефти, газа и урана и только 13,2% приходится на долю альтернативных энергоносителей. При этом тенденции к изменению в составе энергетических ресурсов на глобальном уровне развиваются крайне медленными темпами. Так, с 1980 года доля нефти в общей структуре энергоресурсов снизилась с 46 до 35%. По расчетам Международного энергетического агентства (МЭА), к 2030 году доля нефти в общей структуре потребления энергоресурсов снизится лишь на 1% [2].
Таблица 1. Динамика мирового потребления первичных источников энергии в 1900-2000 годах (млн. ту.т./%1) [1]
Годы Всего В том числе
уголь нефть газ ГЭС АЭС
1900 700 661/94,4 26,0/3,8 10/1,4 3/0,4
1920 1525 1321/86,6 144/9,4 30/2,0 30/2,0
1940 2464 1878/74,6 441/17,9 113/4,6 73/2,9
1950 2536 1534/60,5 672/26,5 244/9,6 86/3,4
1960 4322 2206/51,0 1358/31,4 584/13,5 173/4,0 1/0,1
1970 7038 2418/34,4 2936/41,7 1368/19,4 296/4,2 20/0,3
1980 8910 2624/29,5 3835/43,0 1836/20,6 443/5,0 172/1,9
1990 11 085 3207/28,9 4074/36,8 2659/24,0 599/5,4 546/4,9
1995 11 720 3504/29,9 4108/35,1 2905/24,8 636/5,4 567/4,8
2000 12 417 3670/29,6 4232/34,1 3290/26,5 650/5,2 575/4,6
1 Ту.т. - тонна условного топлива. За условное принимают такое топливо, которое имеет теплоту горения 29,3 МДж (7000 Ккал) на 1 кг твердого или 1 м3 газообразного вещества. При технико-экономических расчетах использование понятия «условное топливо» позволяет сравнить органическое топливо (и даже электроэнергию) разной тепловой ценности.
К основным тенденциям в развитии мировой (традиционной) энергетики относятся:
1) доминирование органического топлива как главного источника получения электрической и тепловой энергии. В ХХ веке распределение основных органических природных ископаемых на нашей планете в процентном отношении выглядело следующим образом: уголь - 63,3%, газ - 13,3%, нефть - 12,5%, уран - 10,7%. Однако в энергобалансе той или иной страны приоритеты использования природных ископаемых меняются. В балансе первичных источников энергии России, обладающей крупнейшими в мире запасами газа, лидирует природный газ - 46%. На нефть и нефтепродукты приходится 34%, уголь - 14%, атомную энергетику - 2%. В США структура баланса иная: лидируют нефть и нефтепродукты (40%), вслед за ними идут уголь и газ (по 23%), атомная энергетика (8%);
2) рост спроса на первичные топливно-энергетические ресурсы, связанный с интенсивно развивающейся экономикой ряда стран и увеличивающейся численностью населения земного шара;
3) расширение мирового и региональных энергетических рынков в условиях растущей зависимости большинства стран от импорта источников энергии;
4) рост цен на углеводородное топливо и, как следствие, повышение тарифов на электроэнергию и топливо;
5) снижение энергоемкости экономики, актуализация политики энергосбережения;
6) совершенствование технологии переработки углеводородов с целью повышения эффективности их использования как источников энергии;
7) увеличение доли автономной децентрализованной энергетики в общем объеме генерации электроэнергии в мире.
Вступление человечества в XXI век обозначило качественно новый этап во взаимоотношениях природы, экономики и общества. На протяжении всей истории люди не задумывались над последствиями неограниченного изъятия
из арсеналов природы ресурсов для нужд производства и быта. Предполагалось, что человеческое вмешательство несоизмеримо мало по сравнению с ее потенциалом. Однако сегодня уже невозможно игнорировать факторы экологии, во многом предопределяющей судьбы народов.
В настоящее время в числе самых важных проблем человечества называют энергетику и экологию.
Общая структура производства электроэнергии изменилась с 1950 года. Если ранее применялись лишь тепловые (64,2%) и гидравлические (35,8%) станции, то ныне доля ГЭС снизилась до 19% за счет использования ядерной энергетики и ряда нетрадиционных источников получения энергии. В таблице 2 приведена динамика производства электроэнергии по странам в 1950-2000 годах [3].
Таблица 2. Динамика производства электроэнергии по странам (1950-2000), млн. ту.т. [3].
Страна 1950 1970 1990 2000
США 408,4 1731,7 3011,7 3980,0
СССР 91,2 740,9 1764,6 -
Россия - - - 876,0
Англия 67,1 249,2 319,0 373,0
Канада 55,0 207,8 482,0 584,0
ФРГ 46,2 237,2 452,4 564,0
ГДР 19,5 67,7 - -
Франция 24,7 117,4 н/д н/д
Швеция 18,2 60,6 н/д н/д
Япония н/д н/д 857,3 1084,0
Бразилия н/д н/д 222,8 348,0
Китай н/д н/д 6212,2 13260,0
Индия н/д н/д 289,4 548,0
Весь мир 965,0 4954,3 11 788,0 15 300,0
2 2013 67
Нефть и газ сегодня дают примерно 2/3 потребляемой в мире энергии и являются основой экономики современного общества.
Ежегодно в мире сжигается около 9 млрд. т условного топлива, в результате образуется исчисляемое десятками миллионов тонн количество оксидов углерода, азота, серы. Часть оксидов, соединяясь в воздушной среде с влагой, превращается в серную и азотную кислоты, которые в виде кислотных дождей выпадают на Землю, загрязняя ее, приводя к гибели растения и постепенно разрушая здания. В 2002 году выброс вредных веществ в атмосферный воздух России составил 82,5 тыс.т, из которых 60,3 тыс.т приходилось на долю теплоэнергетических источников [4].
Предприятия углеводородной энергетики (ТЭС, ТЭЦ, ГРЭС, РТС, котельные) производят около 25% всех выбросов в атмосферу от промышленности в целом, в том числе 40% диоксида серы, 60% оксидов азота, 30% твердых частиц, около 50% диоксида углерода. Доля органического топлива, являющегося главным виновником химического загрязнения атмосферы, в общем энергетическом балансе мира сегодня составляет около 90%.
Радиус воздействия ТЭС на окружающую территорию велик и зависит от высоты трубы и метеоусловий. При трубе высотой 300 м радиус действия достигает 50 км. В последние годы на ряде ТЭС мощностью более 3000 МВт установлены дымовые трубы высотой 320 м, а для ГРЭС мощностью 4000 МВт и более спроектированы трубы высотой 360 и 420 м. Несомненно, с увеличением высоты трубы резко снижается концентрация загрязнений атмосферного воздуха в районах размещения ТЭС, однако расширяется зона загрязнения окружающей среды. По некоторым данным, здоровье человека подвергается риску от ТЭС, работающей на угле, в радиусе до 80 км.
Кроме мощных источников тепловой и электрической энергии, существует значительное число малых систем тепло-электрогенерирования, которые рассредоточены по городам, населенным пунктам и различным отраслям промышленности. Это районные отопительные и отопительно-про-изводственные котельные, заводские ТЭС, ТЭЦ и котельные, промышленные печи, бытовые энергоустановки, предназначенные для обслуживания нескольких зданий, или даже так называемые крышные котельные для отдельных домов. Все эти энергогенерирующие источники со своими потребностями в топливе и оборудовании, естественно, вносят свой вклад в ухудшение экологической обстановки. По сути, они составляют отдельный топливно-энергетический комплекс, который принято называть малой энергетикой. Для нее характерен низкий уровень экономичности, надежности и безопасности, в частности экологической. Малая энергетика потребляет почти половину всего топлива. КПД мелких котельных в 1,5-2 раза ниже технически допустимого уровня. В таком энергорасточительном оборудовании сжигается половина топлива. Пылегазоулавливающими устройствами оборудовано
чуть более 15% объектов малой энергетики, причем степень улавливания выбросов составляет на них менее 40%.
Воздействие городских энергетических предприятий на окружающую среду имеет следствием:
- выбросы в атмосферу города газообразных, жидких и твердых отходов, в том числе кислот, металлов и их соединений, канцерогенных и радиоактивных веществ;
- активное потребление кислорода воздуха;
- складирование продуктов сжигания твердого топлива (зола, шлаки), продуктов продува поверхностей нагрева (сажа, зола), а также отходов обогащения топлива;
- выбросы от систем складирования топлива, его транспортировки, пылеприготовления;
- тепловое загрязнение атмосферы уходящими дымовыми газами (100-150°С);
- при КПД крупных энергетических объектов в 30-40% нагрев остальным топливом окружающей среды;
- создание искусственных прудов-охладителей и градирен, выбросы в атмосферу теплоты и влаги, способные привести к изменению микроклимата города;
- изъятие больших территорий под строительство энергообъектов, размещение их промотходов и складов топлива;
- радиоактивное загрязнение (от угольных ТЭС);
- изменение городского ландшафта при сооружении крупных энергетических объектов.
К сожалению, практически не обращается внимания и на другое загрязнение, связанное с работой ТЭС, - тепловое загрязнение атмосферы уходящими дымовыми газами. В отличие от низкопотенциальной теплоты, переносимой водным потоком, дымовые газы имеют температуру в пределах 100-150°С. Поэтому следует учитывать не только их местное отрицательное влияние на природу, но и вклад в глобальное потепление климата планеты. По объему эти выбросы самые значимые среди всех нагретых газов, поступающих в тропосферу от стационарных источников.
Серьезной гигиенической проблемой, возникающей при работе систем охлаждения мощных ТЭС с градирнями, является выброс в атмосферу пара и капельной влаги, измеряемый в тысячах тонн в час на каждые 1000 МВт мощности.
Все виды солнечного излучения, от ультрафиолетового до инфракрасного, достигают земной поверхности и нагревают ее. В свою очередь, она отражает тепловую энергию в виде инфракрасного излучения в космос.
Отраженное ИК-излучение интенсивно поглощается некоторыми газами, называемыми парниковыми2, которые дей-
2 Основным парниковым газом является диоксид углерода (СО2). Его вклад в парниковый эффект составляет в среднем 74-80%. К парниковым газам относятся также метан (СН4), фреоны (ХФУ), озон (О3), закись азота (М20) и др. - всего около 30. Водяной пар в атмосфере также производит парниковый эффект. Парниковый эффект зависит не только от количества указанных газов в атмосфере, но и от относительной активности действия одной их молекулы. Если по данному показателю СО2 принять за единицу, то для метана он будет равен 25, закиси азота - 165, фреона - 11 000 [5].
ствуют в атмосфере, как стекло в парнике: беспрепятственно пропускают к Земле солнечную радиацию, но задерживают ее тепловое излучение. В результате повышается температура поверхности Земли, изменяются погода и климат (парниковый эффект).
В таблице 3 представлено участие основных индустриальных стран мира в создании парникового эффекта (на примере диоксида углерода) [2].
Глобальное потепление уже происходит. Среднемировая температура на планете повысилась на 0,7°С с начала промышленной эпохи, и темпы ее повышения имеют тенденцию к ускорению. Если же страны мира начнут действовать немедленно, то, по-видимому, будет возможно удержать повышение глобальной температуры на Земле в течение нынешнего столетия в пределах 2°С по отношению к доиндустриальному уровню развития мировой экономики.
Мировая промышленность потребляет около 1/3 всего объема производимой конечной энергии (2763 млрд. т н.э.3 в 2005 году) и производит до 6,7 Гт эмиссий СО2 ежегодно, а вместе с электроэнергетикой - до 9,9 Гт, что составляет около 37% суммарных эмиссий в мире, из которых 30% приходится на долю металлургической промышленности, 27 - на долю машиностроения и переработки сырья (в основном при производстве цемента) и 16% - на долю химической и нефтехимической промышленности.
3 Т н.э. - тонна в нефтяном эквиваленте (измеритель энергии).
По прогнозу развития мировой энергетики МЭА, объемы эмиссий парниковых газов от промышленного производства к 2050 году могут удвоиться. Поэтому решение проблемы их снижения является крайне актуальным для обеспечения устойчивого развития мирового хозяйства.
МЭА рассмотрены следующие направления снижения эмиссий парниковых газов в мировом промышленном производстве:
1) повышение эффективности использования энергии и ресурсов, включая переработку отходов и создание новых продуктов;
2) улавливание эмиссий СО2 и его захоронение.
Снижение эмиссий СО2 требует серьезного совершенствования существующих технологий промышленного производства по отраслям.
Металлургическая промышленность (производство черных металлов - чугуна и стали) является вторым после химической и нефтехимической отраслей промышленным потребителем энергии в мире и первым по выбросам СО2. В 2005 году доля потребления энергии этой отраслью составляла 20%, а выбросов СО2 - 30% общего объема эмиссий промышленного сектора. Причем 67% эмиссий СО2 в мире приходится на предприятия металлургической промышленности Китая, ЕС, Японии и США (при доменном производстве образуется от 1,4 до 1,6 т на тонну металла при сжигании природного газа и 2,5 т при сжигании каменного угля). Около 50% всех выбросов приходится на Китай вследствие низкой
Доля Объем выбросов Доля Выбросы
Страна населения диоксида углерода в общем СО2
(%) объеме на душу
1990 2004 мировых выбросов (%) населения (т СО2)
США 4,6 4818 6046 20,9 20,6
Канада 0,5 416 639 2,2 20,0
Германия 1,3 980 808 2,8 9,8
Великобритания 0,9 579 587 2,0 9,8
Япония 2,0 1071 1257 4,3 9,9
Польша 0,6 348 307 1,1 8,0
Россия 2,2 1984 1524 5,3 10,6
Казахстан 0,2 259 200 0,7 13,3
Украина 0,7 600 330 1,1 7,0
Китай 20,0 2399 5007 17,3 3,8
Индия 17,1 682 1342 4,6 1,2
Бразилия 2,8 210 332 1,1 1,8
Мексика 1,6 413 438 1,5 4,2
Индонезия 3,4 214 378 1,3 1,7
Египет 1,1 75 158 0,5 2,3
Малайзия 0,4 55 177 0,6 7,5
Таблица 3. Выбросы диоксида углерода в 1990 и 2004 годах по ряду стран [2]
экологической эффективности производства там наибольших объемов черных металлов. По оценке экспертов МЭА, в случае применения наиболее эффективных с энергетической и экологической точек зрения технологий получения черных металлов (такие технологии уже разработаны) суммарный потенциал снижения эмиссий СО2 в металлургической про-
АЭС в Аризоне (США)
Нововоронежская АЭС (Россия)
Хмельницкая АЭС (Украина)
мышленности мира может составить 340 млн.т в год, или 0,3 т СО2 на тонну производимой стали.
Совершенно иная картина открывается с возможностью использования в металлургической промышленности технологий аккумулирования и хранения эмиссий СО2 (ТАХЭМ), которые в настоящее время разрабатываются в ряде стран
АЭС в Южном Уэльсе (Великобритания)
Балаковская АЭС (Россия)
АЭС в Белоруссии (строится в Минске)
мира. Для улавливания эмиссий СО2 используются два вида абсорбентов: физические и химические. Прогнозы экспертов МЭА показывают, что применение ТАХЭМ при производстве черных металлов в мире может уменьшить эмиссии СО2 в объеме от 0,5 до 1,5 Гт в год.
Промышленность строительных материалов является третьим потребителем энергии и вторым эмитентом СО2 среди промышленных отраслей мира. В 2005 году на нее приходилось 10% мирового промышленного потребления энергии и 27% эмиссий СО2 - за 75% этих эмиссий ответственны Китай, Индия, ЕС и США. Цементная отрасль потребляет 83% объема энергии, используемой промышленностью строительных материалов, и является источником 94% ее эмиссий СО2. Темпы развития цементной промышленности в мировой экономике очень высоки: с 1970 по 2005 год производство цемента в мире увеличилось с 594 до 2310 млн.т, при этом особенно быстрыми темпами росло производство цемента в развивающихся странах, где в 2005 году составило 1649 млн.т, или 72% мирового производства.
Повышение энергетической и экологической эффективности цементной промышленности определяется прежде всего разработкой новых технологических процессов, заменой используемых видов энергии и сырья альтернативными их видами и применением технологий аккумулирования и хранения эмиссий СО2.
Более перспективной с точки зрения снижения эмиссий СО2 в цементной промышленности является стратегия замены ископаемого топлива альтернативными его видами. Так, в США и ряде европейских стран (Бельгии, Франции, Германии и др.) широкое применение нашли использованные автомобильные покрышки, дерево, пластик, биомасса, промышленные и бытовые отходы, доля которых на цементных заводах колеблется от 30 до 70%, достигая иногда 100%. В частности, цементная промышленность США ежегодно использует 53 млн. автомобильных покрышек, составляющих 41% всего их количества в мире, что эквивалентно получаемой энергии в объеме 0,39 млн.т топлива, или 15 ГДж.
В мировом масштабе цементная промышленность сегодня потребляет энергию в объеме 2,7 млн. т н.э., получаемую из биомассы, и 0,8 млн. т н.э. - из отходов, что составляет примерно 2% всей используемой энергии отраслью. Однако технический потенциал альтернативных видов топлива в цементной промышленности составляет от 24 до 48 млн. т н.э., и их широкое использование позволит уменьшить эмиссии СО2 в объемах от 100 до 200 млн.т.
Химическая и нефтехимическая отрасли промышленности являются самыми энергоемкими потребителями и третьими по объему эмиссий СО2 среди промышленных отраслей мира. В 2005 году на их долю пришлось 28% всей энергии мирового промышленного сектора и 16% эмиссий СО2.
В мире насчитывается несколько тысяч предприятий химической и нефтехимической промышленности, выпускающих огромное количество видов продукции в объемах
от одного килограмма до нескольких тысяч тонн, общая статистика расходов энергии и объемов эмиссий СО2 по которым отсутствует. Наиболее энергоемкими являются три отрасли, суммарно потребляющие 537 млн. т н.э., или более 70% общей потребляемой энергии отрасли. К ним относятся: производство высокоценных химических продуктов (ВЦХП), получаемых посредством парового крекинга из лигроина, этанов и ароматических веществ, производство метанола и производство аммиака.
Крупнейшими производителями высокоценных химических продуктов в мире являются США, страны ЕС, Япония и Китай, на долю которых приходится 62% соответствующих эмиссий СО2, а четыре основных производителя аммиака - Китай, ЕС, Индия и Россия - используют 72% энергии, потребляемой всеми его производителями в мире.
По данным МЭА, эмиссии СО2 в химической и нефтехимической промышленности существенно возрастают вследствие роста мирового химического производства. Прямые эмиссии СО2 увеличиваются на 105% при росте общего энергопотребления на 76%. При этом более половины снижения прямых эмиссий СО2, или 32% их общей величины, обеспечивается посредством применения технологий аккумулирования и хранения эмиссий СО2 преимущественно при крупномасштабном производстве высокоценных химических продуктов и аммиака.
Целлюлозно-бумажная промышленность является четвертой отраслью по объему потребляемой энергии среди промышленных отраслей мира. В 2005 году на нее приходилось 6% мирового промышленного потребления энергии и 3% эмиссий СО2, 80% которых составляли долю стран ЕС, США, Китая и Японии.
Целлюлозно-бумажная промышленность сама производит энергоресурсы в качестве побочного продукта. Используя их, можно вырабатывать из остатков биомассы около 50% общего объема потребляемой энергии.
По прогнозу МЭА, производство первичной и вторичной (рециркулированной) бумаги с 2005 по 2050 год увеличится на 164%. При этом эмиссии СО2 в отрасли возрастут на 83%, а потребность в энергии увеличится на 143% [6].
Создается впечатление, что энергия, потраченная на промышленное производство, дважды работает против биосферы4.
В таблице 4 представлен прогноз мирового энергобаланса до 2050 года [2].
Основными видами нетрадиционных углеводородов (газовых гидратов) являются битуминозные пески, газовые гидраты и метан угольных пластов. Их добыча постепенно
4 Термином «биосфера» вслед за В.И. Вернадским стали обозначать всю наружную область планеты Земля, определяемую не только существованием жизни, но той или иной степенью видоизмененности или сформированности жизнью. Биосфера включает в себя тропосферу, гидросферу, литосферу, которые взаимосвязаны сложными биогеохимическими циклами миграции вещества и потоками энергии [7].
становится рентабельной и сопоставимой по себестоимости с добычей традиционного органического топлива. При этом газовые гидраты наиболее соответствуют современным требованиям энергопотребителей. Прогнозный предел истощения их залежей сопоставим с невозобновляемыми источниками энергии [6].
Таблица 4. Мировой энергобаланс до 2050 года (%) [2]
Впервые газовые гидраты были описаны в 1810 году английским химиком Х.Деви. Отечественная индустрия с проблемой образования твердых гидратов природного газа в трубопроводах столкнулась в 1930-х годах. А в 1960-х геологи и геохимики, основываясь на теоретических моделях и экспериментальных данных, установили свойство природ-
Показатели Годы
1990 2000 2020 2050
Всего 100 100 100 100
Нефть 43 38 28 20
Природный газ 19 23 23 23
Уголь 28 27 25 21
Ядерное топливо 5 6 7 14
Возобновляемые источники энергии, включая гидроэнергию 5 6 17 22
Источники: World Energy Council (WEC). 1998; Бюллетень иностранной и коммерческой информации (БИКИ). 2000. №2. В таблицу не включен еще один вид топлива, который называют нетрадиционным, но на самом деле он продлевает использование углеводородов. Это газовые гидраты.
Славянская ГРЭС (Украина, Донецкая область) ТЭЦ (Украина, Донецкая область, Старобешевский район)
72 2 2013
ных газов образовывать в земной коре при определенных условиях твердые залежи. В 1974 году это открытие было подтверждено практикой - советские геологи Б.Жижченко и А.Ефремова обнаружили газогидраты в Черном море. Позже они были найдены в океанах Атлантическом и Ледовитом и в Антарктиде. Сейчас известно, что 98% газогидратов сосредоточено в Мировом океане и лишь 2% в зоне вечной мерзлоты и в арктических пустынях.
Морские месторождения газогидратов являются крупным потенциальным ресурсом будущего. На данный момент в мире подтверждена гидратоносность двух месторождений, представляющих наибольший интерес с точки зрения промышленного освоения, - Маллик в дельте реки Маккензи на северо-западе Канады и Нанкай на шельфе Японии. В целом по шельфу Японского моря запасы газа в гидратах могут составлять от 4 до 20 трлн. м3. В США, Канаде и Японии исследовательские программы по освоению залежей природных газовых гидратов финансируются из государственного (федерального) бюджета. США предполагают после 2015 года начать их коммерческую эксплуатацию.
Таким образом, современный уровень исследований газовых гидратов позволяет предположить, что этот источник углеводородного сырья поможет преодолеть глобальные энергетические проблемы. Вместе с тем не следует забывать, что природные газовые гидраты - важный компонент биосферы, влияющий на климат и глобальную экологическую обстановку в мире. Большая часть газогидратного вещества существует в природе в условиях, близких к границе его фазовой устойчивости, то есть незначительные изменения температуры и давления способны вызвать необратимый процесс разложения газовых гидратов на океаническом дне с выбросом в окружающую среду огромного количества газов, в том числе азота и серы. А неконтролируемый выброс метана, дающего в 25 раз больший парниковый эффект, чем диоксид углерода, может привести к резкому ускорению глобального потепления.
И все же поиск новых видов стратегических энергоресурсов, которые способны составить конкуренцию нефти, природному газу, атомной энергетике, весьма важен. Пока из всех возможных альтернатив наибольшие перспективы
Абаканская ТЭЦ (Республика Хакасия) ТЭЦ-20 на улице Вавилова в Москве
2 2013 73
имеет использование энергии газовых гидратов и водорода. Это подтверждается высоким уровнем фундаментальных исследований и активным поиском эффективных технологий в данных сферах.
Президент Российской Федерации В.В.Путин в Послании Федеральному собранию сказал: «Надо прицельно работать на перспективных направлениях энергетики - водородном и термоядерном». Учеными приводятся достаточно убедительные аргументы за и против этих самых молодых энергетических отраслей.
Атомные электростанции являются частью огромного производственного комплекса, называемого ядерным топливным циклом (ЯТЦ). Он включает ряд предприятий, занимающихся добычей урановой руды, получением соединений урана и его обогащением, изготовлением тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) и использованием их в атомных реакторах, переработкой облученного ядерного топлива (ОЯТ).
Доля АЭС в производстве электроэнергии сегодня составляет: во Франции - 77%, Бельгии - 55, Республике Корея - 46, Украине - 45, Швеции - 42, Японии - 36, Испании - 33, ФРГ -31, Великобритании - 24, США и России - по 17%. В среднем в мире доля АЭС в производстве электричества составляет 17%.
Правобережная ТЭЦ в Санкт-Петербурге
К традиционным преимуществам использования атомной энергетики принято относить значительную безопасность новых реакторов на быстрых нейтронах, подземных и плавучих АЭС, отсутствие вредных выбросов в атмосферу, сравнительно невысокую стоимость энергии.
Однако атомная энергетика имеет и свои проблемы:
- уран, как любое ископаемое топливо, не возобновляем и ограничен в объемах добычи. Мировые запасы урана составляют 3,5 млн. т. Все действующие АЭС ежегодно поглощают 65 тыс. т этого топлива. При таком уровне потребления мировых запасов урана может хватить на 50 лет;
- огромный ущерб от возможных аварий. Например, затраты на ликвидацию последствий только одной чернобыльской аварии составили величину, превышающую стоимость строительства всех действующих в России АЭС. Иными словами, всего одна «запредельная» авария может нанести урон, сопоставимый с бюджетом России, и обеспечить нерентабельность всех остальных АЭС в стране. Безусловно, как считают многие ученые, все действующие АЭС нуждаются в повышении степени безопасности. По данным МАГАТЭ, вероятность крупной аварии на АЭС представляет реальную величину, возрастающую с ростом числа вводимых реакторов (до одной аварии в 10-20 лет);
- проблемность утилизации ядерных отходов. На сегодняшний день в мире пока не только не созданы надежные с экологической точки зрения технологии утилизации, не разработана даже технология их рентабельной переработки;
- в мире практически не существует образцового опыта по выводу АЭС из эксплуатации с рекультивацией использованной территории.
В «Энергетической стратегии России на период до 2030 года» обосновывается увеличение выработки электроэнергии АЭС со 130 млрд. кВт/ч в 2000 году до 300 млрд. в 2020-м при оптимистическом варианте развития экономики.
Перспективы атомной промышленности будут зависеть от обеспечения безопасной работы, повышения технологической эффективности атомных станций, решения вопросов переработки и захоронения отработанного ядерного топлива.
Ряд ученых считает, что взаимопроникновение атомной и водородной энергетики, создание энерготехнологического варианта концепций последней помогут справиться с энергоэкологическим кризисом или его отдельными проявлениями в XXI веке. Речь идет как о повышении эффективности генерации электроэнергии на АЭС, так и о неэлектрическом применении атомной энергии, например для производства водорода из воды. Доля этого нового сегмента атомной энергетики не уступает электроэнергетическому и может составить к 2050 году 50-100 энергокомплексов по 2,5 ГВт (тепл.), производящих 25-50 млн. т водорода.
Кроме традиционного топлива (оксида и карбида урана), в этой технологической цепочке может использоваться и оксид оружейного плутония, что решит проблему утилизации последнего.
Человечество с возрастающей интенсивностью продолжает использовать традиционные природные ископаемые
- нефть, газ, уголь, уран и др., которые ныне удовлетворяют, как уже отмечалось, 86,8% мировой потребности в энергоресурсах. Мнения ученых расходятся лишь в сроках их исчерпа-емости (среднеарифметические показатели: бесперебойные поставки нефти - в течение 40 лет, урана - 50, газа - 60, угля
- чуть более 150 лет), но сходятся в одном - углеводородное топливо не имеет «вечной перспективы».
Оптимальным вариантом преодоления кризисных явлений в энергоэкологической среде будет постепенный переход от углеводородной энергетики к альтернативной, низкоуглеродной, основанной на использовании возобновляемых источников энергии (ВИЭ), водородных технологий (ВТ) и топливных элементов (ТЭ). К такой энергетике принято относить энергию Солнца, тепла Земли, Мирового океана, водных потоков, воздушного бассейна, ветра, биомассы, отходов производства и жизнедеятельности человека.
Таким образом, к началу XXI века мир подошел в состоянии глобального кризиса - энергетического (на фоне технологического, экономического и продовольственного, которые в разной степени накала бывали и ранее, но не в глобальном, а региональном масштабе) и экологического. Это значит, что потенциал индустриального технологического способа производства за последние 200 лет в основном исчерпан, что созрели условия для очередной технической революции и очередной цивилизации, называемой пока по-разному: постиндустриальная, информационная, интегральная и т.д. Однако с глобальным энергоэкологическим кризисом (рукотворным) человек столкнулся впервые. Специалисты прогнозируют и просчитывают его развитие, ищут пути остановить гибельные изменения биосферы, разрушение планеты, которая все быстрее становится непригодной для жизни. Преодолеть негативные тенденции помогут отказ от углеродной энергетики и замена ее альтернативными видами, безвредными для человека и безопасными для среды его обитания - биосферы.
Литература
1. Мировая экономика: глобальные тенденции за 100 лет. М.: Экономистъ, 2002.
2. Глобальный прогноз «Будущее цивилизаций на период до 2050 года». Международный институт Н. Кондратьева -П. Сорокина. М.: МИСК, 2009.
3. Родионова И.А. Промышленность мира: территориальные сдвиги во второй половине ХХ века. М.: Московский Лицей, 2002.
4. Дьяконов К.Н., Дончева А.В. Экологическое проектирование и экспертиза. М.: Аспект-Пресс, 2002.
5. Николайкин Н.Н., Николайкина Н.Е., Мелехова О. П. Экология. М.: Дрофа, 2003.
6. Верещагин О. Стратегические альтернативы традицион-
ным энергосистемам // Мировая экономика и международные отношения. 2009. №2.
7. Глобалистика: энциклопедия. М.: ОАО «Радуга», 2003.
Literatura
1. Mirovaya ekonomika: gLobaLnye tendentsii za 100 let. M.: Ekonomistb, 2002.
2. Globalnyj prognoz «Budushchee tsivilizatsij na period do 2050 goda». Mezhdunarodnyj institut N.Kondratyeva -P.Sorokina. M.: MISK, 2009.
3. RodionovaI.A. Promyshlennost mira: territorialnyje sdvigi vo vtoroy polovine XX veka. M.: Moskovskij Litsej, 2002.
4. Dyakonov K.N., Doncheva A.V. Ekologicheskoe proek-tirovanie i ekspertiza. M.: Aspekt-Press, 2002.
5. Nikolaykin N.N., Nikolaykina N.E., Melehova O.P. Ekologiya. M.: Drofa, 2003.
6. Vereshchagin O. Strategicheskie alternativy traditsionnym energosistemam // Mirovaya ekonomika i mezhdunarodnye otnosheniya. 2009. №2.
7. Globalistika: entsiklopediya. M.: OAO «Raduga», 2003.
Prospects of World Power Engineering Development
and Problems of Ecological Balance Conservation in the
Biosphere. Part I. Traditional Power Engineering.
By V. V. Aleksashina
This article discusses in what way the Earth biosphere is affected by the traditional power engineering facilities, especially the hydrocarbon-operated ones, running on coal, petroleum or natural gas. The article analyses the dynamics of such resources consumption and provides a forecast up to 2050. The article studies the influence of the traditional power engineering facilities and also the most important industry branches with high rates of energy consumption (metallurgy, chemical industry, cement production, pulp and paper industry) on the development of the greenhouse effect. The main conclusion is: the shift to alternative (non-hydrocarbon-based) energy sources, such as hydrogen, thermonuclear, solar, wind, ocean, geothermal, etc. is inevitable.
Ключевые слова: традиционная энергетика, углеводородные невозобновляемые источники энергии, топливно-энергетический комплекс, химическое загрязнение атмосферы, эмиссии парниковых газов, экологическое равновесие.
Key words: traditional power engineering, fossil fuel, fuel and energy complex, chemical pollution, greenhouse gases emission, ecological balance.
