В настоящее время свои энергетические потребности человечество удовлетворяет в основном за счет углеродсодержащих видов топлива (каменного угля, нефти, газа, дров, сланцев, торфа) и урана (рис. 8.1). С 1973 по 1998 г. глобальное потребление энергоносителей возросло в 5 раз.
Разведанные запасы каменного угля оцениваются в 1280 млрд т, нефти - 137 млрд т (1993 г.) (66% на Среднем Востоке), газа - 142 трлн м3 (40% в Восточной Европе и СНГ, 36% - в России, 32% - на Среднем Востоке (данные на 1993 г.)).
Прогнозируемые (неразведанные) запасы нефти в 1993 г. оценивались в 100-120 млрд т, угля - 3860 млрд т, газа - 400 трлн м3,
121
Рис. 8.1. Мировое потребление энергии.
Темпы потребления энергии и доля различных ее источников в общем потреблении отражают тенденции развития технологии и роста численности населения. Несмотря на то что ископаемые виды топлива по-прежнему являются доминирующими среди источников первичной энергии, доля угля бьша максимальной приблизительно в 1920 г., когда он обеспечивал производство более 70% всего потребляемого топлива; доля нефти достигла максимума в начале 70-х годов XX в., составив немногим больше 40%. Предполагается, что природный газ, который загрязняет окружающую среду меньше, чем нефть или уголь, в будущем станет использоваться шире в мировом производстве энергии. Первичная электроэнергия здесь включает в себя энергию, производимую на ГЭС и АЭС
в том числе в России 236 трлн м3. В 1993 г. добыча нефти составляла 3 млрд т в год (Средний Восток давал 30% добычи, СНГ - 13, Россия - 11%, США - 11), газа - 2 трлн м3 (СНГ - 35%, Россия - 29, США - 25%). В 2000 г. добыча нефти возросла до 3,5 млрд т.
Таким образом, при современном уровне добычи нефти и газа их запасы кончатся после 2050 г. (рис. 8.2). В общем производстве энергии в 1996 г. на долю нефти приходилось 40%, угля - 28, газа - 23%. АЭС создавали 7% энергии, прочие источники энергии давали 2,6%. Легко видеть, что нефть и газ дают примерно 2/3 потребляемой в мире энергии и являются основой экономики современного общества.
Запасы урана 235U, который используется в качестве топлива для реакторов на тепловых нейтронах, будут исчерпаны через 50 лет. Использование реакторов на быстрых нейтронах позволит
122
Рис. 8.2. Истощение мировых запасов природного газа при различных
темпах роста его потребления.
Если открытие новых месторождений природного газа в конечном счете приведет к увеличению его сегодняшних мировых запасов в 4 раза, то современный уровень потребления этого вида топлива сможет оставаться устойчивым до 2230 г. Однако истощение запасов нефти наряду с экологическими проблемами, связанными с использованием угля, может переориентировать мир на потребление газа. Если потребление газа будет продолжать расти нынешними темпами, составляющими 3,3% в год, то запасы, которые в 4 раза превышают известные сегодня, могут быть исчерпаны к 2054 г.
применять в качестве топлива 238U, запасы которого измеряются тысячами Q.
Альтернативные источники энергии - энергия ветра, солнца, геотермальная энергия (энергия горячих подземных вод), энергия течений - пока вносят незначительный вклад в мировое производство энергии.
Важную роль в жизни населения развивающихся стран играют дрова. По данным ФАО, в 1998 г. более 2 млрд человек в странах Азии, Африки и Латинской Америки (примерно до 90% сельского и более 30% городского населения) для приготовления пищи и обогрева используют древесину. На эти цели в развивающихся странах расходуется 80% древесины.
В Непале, Гаити, Уганде, Танзании 9/10 энергетических потребностей удовлетворяется за счет древесного топлива, в Нигерии - 82, Судане - 74, Кении - 71, Парагвае - 64, Индонезии и Никарагуа - 50%. В деревнях Гималаев и некоторых районах
123
Африки женщины и дети проводят от 100 до 300 дней в году за сбором хвороста.
Различные оценки показывают, что имеющиеся на Земле ресурсы топлива достаточны для обеспечения потребностей человечества в течение XXI в.
При сжигании топлива реализуется первичная (тепловая) энергия, которая может быть преобразована в электрическую с определенным коэффициентом полезного действия (40 - 44% на тепловых электростанциях, где сжигается углеродсодержащее топливо, и 30 - 33% на атомных электростанциях). Выработка одновременно электрической энергии и горячей воды на теплоэлектроцентралях повышает КПД использования первичной энергии до 80%.
Электрическая энергия - основа современной цивилизации. Во всем мире она рассматривается в качестве самого предпочтительного промежуточного вида энергии, универсального (легко преобразующегося в любых количествах в тепло, свет, механическую энергию и т.п.), передаваемого на значительные расстояния и вызывающего наименьшее загрязнение окружающей среды в местах потребления. Подавляющее большинство машин и устройств, которые использует человечество, содержат электрические цепи и соответствующие узлы, работа которых невозможна без электрической энергии.
В жизни современного общества последствия отключения электроэнергии подобны катастрофе. Такая катастрофа произошла 9 ноября 1965 г. на территории США и Канады. За 11 мин на площади в 200 тыс. км2, на которой расположены такие гигантские города, как Нью-Йорк, Бостон, Монреаль и многие другие, полностью отключилось электричество. На 12 ч улицы погрузились во мрак, остановились поезда метро, в которых находились более 1 млн человек, электропоезда, троллейбусы, из-за отключения светофоров нарушилось автомобильное движение. Самолеты не могли совершить посадку на погруженные в темноту аэродромы. Остановились все фабрики и заводы, застыл металл в электропечах, отключились лифты небоскребов.
Энергетика является одной из наиболее крупномасштабных отраслей промышленного производства. Это основа развития всех отраслей промышленности, определяющих прогресс в целом.
Вместе с тем самым серьезным фактором загрязнения природной среды являются добыча и использование ископаемых энергоносителей, прежде всего нефти, угля и природного газа, обеспечивающего более 90% мировой потребности в энергии.
Рассмотрим экологические характеристики энергетики, основанной на сжигании углеродсодержащих видов топлива (тепловой энергетики), атомной энергетики, гидроэнергетики, использующей энергию падающей воды, и альтернативные ее источники.
124
Воздействие систем производства, передачи и использования энергии на окружающую среду проявляется в таких процессах и явлениях, как:
- 1) изъятие территорий для добычи топлива, размещения электростанций и линий электропередачи и захоронения отходов;
- 2) загрязнение атмосферы и литосферы продуктами сгорания (выбросы в атмосферу, шлаки, радиоактивные отходы и т.п.);
- 3) тепловое (термическое) загрязнение - сброс тепловой энергии электростанции в окружающую среду и повышение температуры среды;
- 4) электромагнитное загрязнение - создание электрических, магнитных и электромагнитных полей, создающих угрозу для человека и биосферы (см. главу 26);
- 5) радиоактивное загрязнение;
- 6) затопление полезных территорий (в случае гидроэлектростанций);
- 7) воздействие на климат;
- 8) воздействие на флору и фауну;
- 9) наведенная сейсмичность - возникновение землетрясений при создании энергоустановок, в первую очередь гидроэлектростанций.
125
