Введение

Всё живое на Земле нуждается в энергии поэтому, вопрос энергетики - одна из важнейших составляющих более глубокой и всеобъемлющей проблемы дальнейшего развития человечества. Однако, помимо биологических нужд, человечество по мере технического и научного прогресса становится всё более уязвимо в своей зависимости от внешних источников энергии, необходимых для производства множества товаров и услуг. В целом, энергия позволяет людям жить в меняющихся природных условиях и условиях большой плотности населения, а также контролировать своё окружение. Степень такой зависимости определяется многими факторами - начиная климатом и заканчивая уровнем жизни в данной стране: очевидно, что чем комфортнее человек делает свою жизнь, тем больше он зависит от внешних источников энергии.

Проблема обеспечения человечества энергией. От истоков до наших дней

энергетика экономика экологический анропогенный

Человек с момента своего появления нуждался в энергетических ресурсах. На раннем этапе развития он удовлетворял эту потребность через пищу. Но с развитием человечества росли его энергетические потребности и расширялись возможности их удовлетворения. На первых этапах развития цивилизации использовались первичные природные энергетические ресурсы - древесина, затем ископаемый уголь. Постепенно начинает использоваться энергия ветра и воды. Примитивные ветряные двигатели (ветряные мельницы) появились еще 2 тысячи лет назад. Природный битум начал использоваться 1 тысячу лет назад. Первые нефтяные скважины появились в XVII веке, а в середине XIX века началась промышленная добыча нефти и газа. В эпоху индустриализации потребность в энергетических ресурсах резко увеличивается, но расширяются и возможности человечества: началось производство электроэнергии с использованием гидроресурсов, энергии Солнца и атомной энергии. Использование энергетических ресурсов во все времена ограничивалось запасами природных энергоресурсов, возможностями человека извлекать энергию из этих энергоресурсов и последствиями их извлечения и использования.

Локальные энергетические кризисы возникали и в доиндустриальной экономике (например, в Англии XVIII в. в связи с исчерпанием лесных ресурсов и переходом на уголь). Но как глобальная проблема нехватка энергоресурсов проявилась в 70-х гг. XX в., когда разразился энергетический кризис, выразившийся в резком повышении цены на нефть (в 14,5 раза в 1972-1981 гг.), что создало серьезные трудности для мировой экономики. Хотя многие затруднения того времени были преодолены, глобальная проблема обеспечения топливом и энергией сохраняет свое значение и в наши дни.

Главной причиной возникновения глобальной энергетической проблемы следует считать быстрый рост потребления минерального топлива в XX в. Со стороны предложения он вызван открытием и эксплуатацией огромных нефтегазовых месторождений в Западной Сибири, на Аляске, на шельфе Северною моря, а со стороны спроса -- увеличением автомобильного парка и ростом объема производства полимерных материалов.

Наращивание добычи топливно-энергетических ресурсов повлекло за собой серьезное ухудшение экологической ситуации (расширение открытой добычи полезных ископаемых, добыча на шельфе и др.). А рост спроса на эти ресурсы усилил конкуренцию как стран -- экспортеров топливных ресурсов за лучшие условия продажи, так и между странами-импортерами за доступ к энергетическим ресурсам.

Вместе с тем происходит дальнейшее наращивание ресурсов минерального топлива. Под влиянием энергетического кризиса активизировались крупномасштабные геологоразведочные работы, приведшие к открытию и освоению новых месторождений энергоресурсов. Соответственно возросли и показатели обеспеченности важнейшими видами минерального топлива: считается, что при современном уровне добычи разведанных запасов угля должно хватить на 325 лет. природного газа -- на 62 года, а нефти -- на 37 лет (если в начале 70-х гг. считалось, что обеспеченность мировой экономики запасами нефти не превышает 25-30 лет; разведанные запасы угля еще в 1984 г. оценивались в 1,2 трлн. т, то к концу 90-х гг. они выросли до 1,75 трлн. т).

В результате преобладавшие в 70-х гг. пессимистические прогнозы обеспеченности потребностей мировой экономики в энергоносителях (так, тогда считалось, что запасов нефти хватит не более чем на 25-30 лет) сменились оптимистическими взглядами, основанными на актуальной информации.

План

1)Введение

2)Энергетическая проблема мира

3)Пути решения сырьевой и энергетической проблемы

4)Альтернативные источники энергии

5)Заключение

6)Литература

Введение

В настоящее время, все большее значение приобретают проблемы природной среды и ее воспроизводства, ограниченность запасов органических и минеральных ресурсов . Эта глобальная проблема связана, прежде всего, с ограниченностью важнейших органических и минерально-сырьевых ресурсов планеты . Учёные предупреждают о возможном исчерпании известных и доступных для использования запасов нефти и газа, а так же об истощении других важнейших ресурсов: железной и медной руды, никеля, марганца, алюминия, хрома и т.д.

В мире действительно существует ряд природных ограничений. Так, если брать оценку количества топлива по трем категориям: разведанные, возможные, вероятные, то угля хватит на 600 лет, нефти - на 90, природного газа - на 50 урана - на 27 лет. Иными словами, все виды топлива по всем категориям будут сожжены за 800 лет. Предполагается, что к 2010 г. спрос на минеральное сырье в мире увеличится в 3 раза по сравнению с сегодняшним уровнем. Уже сейчас в ряде стран богатые месторождения выработаны до конца или близки к истощению. Аналогичное положение наблюдается и по другим полезным ископаемым. Если энергопроизводство будет расти возрастающими темпами, то все виды используемого сейчас топлива будут истрачены через 130 лет, то есть в начале ХХII в.

Энергетическая проблема мира

* найти систему инструментов, обеспечивающих соответствующие капиталовложения и структурные сдвиги внутри стран;

* найти политически приемлемые методы одобрения и поддержки своих избирателей, которые также вынуждены будут платить за сдвиги как через налоги, так и образ жизни при том, что некоторые из решений могут встретить сопротивление (например, атомная энергетика);

* сформировать приемлемую основу для взаимодействия с другими основными игроками на мировом энергетическом рынке.

Глобальные экологические проблемы энергетики

Парниковый эффект. Повышение концентрации углекислого газа в атмосфере вызывает так называемый парниковый эффект, который получил название по аналогии с перегревом растений в парнике. Роль пленки в атмосфере выполняет углекислый газ. В последние годы стала известна подобная роль и некоторых других газов (СН4 и N2О). Количество метана увеличивается ежегодно на 1%, углекислого газа - на 0,4%, закиси азота - на 0,2%. Считается, что углекислый газ ответственен за половину парникового эффекта.

Загрязнение атмосферы. Негативное влияние энергетики на атмосферу сказывается в виде твердых частиц, аэрозолей и химических загрязнений. Особое значение имеют химические загрязнения. Главным из них считается сернистый газ, выделяющийся при сжигании угля, сланцев, нефти, в которых содержатся примеси серы. Некоторые виды угля с высоким содержанием серы дают до 1 т сернистого газа на 10 т сгоревшего угля. Сейчас вся атмосфера земного шара загрязнена сернистым газом. Идет окисление до серного ангидрида, а последний вместе с дождем выпадает на землю в виде серной кислоты. Эти осадки называют — кислотными дождями . То же самое происходит и после поглощения дождем диоксида азота — образуется азотная кислота.

Озоновые "дыры". Впервые уменьшение толщины озонового слоя было обнаружено над Антарктидой. Этот эффект — результат антропогенного воздействия. Сейчас обнаружены и другие озоновые дыры. В настоящее время заметно уменьшение количества озона в атмосфере над всей планетой. Оно составляет 5-6% за десятилетие в зимнее время и 2-3% — в летнее время. Некоторые ученые считают, что это проявление действия фреонов (хлорфторметанов), но озон разрушается также оксидом азота, которые выбрасываются предприятиями энергетики.

Пути решения сырьевой и энергетической проблемы:

1. Снижение объёмов добычи;

2. Увеличение КПД добывания и производства;

3. Использование альтернативных источников энергии;

Снижение объёмов добычи очень проблематично, т.к. современному миру нужно всё больше и больше сырья и энергии, а их сокращение непременно обернётся мировым кризисом. Увеличение КПД также малоперспективен т.к. для его осуществления требуются большие капиталовложения, да и сырьевые запасы небезграничны. Поэтому приоритет отдаётся альтернативным источникам энергии.

Сегодня человеческая цивилизация может существовать, толь­ко производя и потребляя огромный, постоянно возрастающий объем энергии. До начала промышленной революции на рубеже XVIII-XIX вв. люди пользовались практически только возобновляемыми источниками энергии - энергией воды, ветра, растительного топлива.

Индустриаль­ное технологическое развитие потребовало преимущественно невозоб­новляемых энергоресурсов - сначала угля, а затем нефти и газа. И уголь, и нефть, и газ представляют собой углеводородное топливо, используе­мое в промышленном и сельскохозяйственном производстве, на транс­порте, в быту. Поэтому мировая энергетика XX и начала XXI столетия была и остается в значительной степени углеводородной.

Все виды углеводородного сырья содержатся в земных недрах пусть и в огромных, но все же ограниченных количествах, и могут быть ис­черпаны. Члены Римского клуба еще в 60-х годах XX в. поставили во­прос: что же будет с человечеством после наступления этой гипотети­ческой возможности?

Сегодня суть глобальной энергетической проблемы заключается в следующем. Потребление энергии в мире продолжало расти все послед­ние десятилетия, например, за 1980-2005 гг. оно выросло на 60%, а, по предварительным расчетам, к 2030 г. вырастет еще на 50%. Пока в миро­вом энергетическом балансе углеводородные источники энергии преоб­ладают, хотя отмечается рост потребления и других источников. По срав­нению с 70-ми годами XX в. в середине первого десятилетия XXI в. доля ядерной энергетики увеличилась в 6 раз, а гидроэнергетики - в 1,5 раза. Доля энергии, получаемой за счет использования нефти, за этот же пе­риод снизилась с 46,1% до 34,4 %. Однако в энергобалансе разных стран и регионов мира роль нефти как источника энергии неодинакова. Если в Северной и Южной Америке, Африке и особенно на Ближнем Востоке она выше среднемирового значения, то в Европе, на постсоветском про­странстве и в Азиатско-Тихоокеанском регионе доля нефти не превы­шает 30% от всех используемых источников энергии.

Возникновение глобальной энергетической проблемы связывали с фактором истощения мировых разведанных запасов нефти. Но в ре­альности параллельно с ростом объемов потребления и добычи нефти росли и объемы ее разведанных запасов. По данным за 1989 г., таких разведанных запасов должно было хватить на 42 года. Но и в 2007 г., когда добыча нефти существенно увеличилась, по оценкам специали­стов, разведанных запасов должно было хватить на те же 42 года. Это было связано с совершенствованием методов и технологий разведки и добычи нефти, освоением новых нефтеносных районов. Сегодня по-прежнему добывается и потребляется так называемая «дешевая нефть», залегающая в доступных для современной техники пластах. Такую нефть называют «конвенциальной» в противоположность «неконвенциальной», залегающей на больших глубинах, содержащейся в нефтя­ных песках, битумных сланцах. При современных технологиях добыча неконвенциальной нефти нерентабельна и в больших объемах не ве­дется. Разработка месторождений такой нефти дело будущего, может быть, не очень далекого. Пока нужды человечества обеспечивает конвенциальная нефть. Но доступность ее источников в разных странах также неодинакова. В экономически наиболее развитых странах мира доступность запасов дешевой нефти уменьшается, и зависимость таких стран от ее импорта возрастает даже при сокращении объемов потре­бления данного энергоносителя.

Постоянно растет потребление нефти в двух наиболее населенных странах мира - Китае и Индии. Причем обе страны не обладают соб­ственными большими разведанными запасами нефти и становятся весь­ма крупными ее импортерами. За первое десятилетие нынешнего сто­летия потребление нефти в Китае выросло в два, а в Индии в полтора раза. Пока доля нефти в энергобалансе Китая и Индии невелика, но она будет неуклонно расти хотя бы вследствие роста автопарка этих стран. Еще недавно КНР не производила собственных легковых автомобилей, сегодня же по их производству Китай отстает только от США и, вполне вероятно, вскоре их обгонит. Все больше произведенных в стране авто­мобилей продается на внутреннем рынке. Меньшими темпами, но также неуклонно возрастает уровень автомобилизации Индии. Китайский и индийский факторы будут влиять на мировые цены на нефть, и эти стра­ны будут проявлять все больший интерес к потенциальным источникам этого энергоносителя в самых различных регионах.

На мировом нефтяном рынке, а следовательно, в мировой поли­тике, кроме стран Ближнего Востока, будет расти роль многих стран Африки, Латинской Америки и постсоветского пространства. По мере истощения источников конвенциальной нефти на суше возрастающий геополитический и экономический интерес будет вызывать морской шельф, а также Арктический бассейн, в недрах которого сосредоточе­ны крупные запасы углеводородов, причем не только нефти, но и газа.

До сих пор газ имел повышенное значение для экономики и энер­гетики отдельных стран мира. Если в странах Ближнего Востока на долю газа приходится 45% энергопотребления, в странах Европы и на постсоветском пространстве - 30%, то в АТР только 10%. Между тем газ имеет преимущество перед другими углеводородами, поскольку он более экологичен, чем нефть и особенно уголь.

Наиболее крупным месторождением природного газа обладает Россия, на долю которой приходится 25% его мировых разведанных запасов. Другими крупными «газовыми державами» являются Иран и Катар. Кроме них, на мировом газовом рынке заметную роль играют Алжир, Ливия, Азербайджан, Казахстан, Оман и ряд других стран.

По сравнению с нефтью транспортировка газа является более сложной. Большая часть нефти доставляется потребителям по трубо­проводам, в то время как пути транспортировки газа более диверсифи­цированы. Положение может измениться еще более в случае широкого использования технологий по сжижению газа, которые пока остаются дорогостоящими и мало распространенными. Однако, по оценкам спе­циалистов, запасов газа должно хватить на гораздо больший срок, чем запасов нефти.

Еще более обширны разведанные мировые запасы угля. Именно уголь пока остается основным видом энергоресурсов, используемых в АТР. Там его доля в энергобалансе составляет 50%. А в КНР данный по­казатель достигает 70%. Главная проблема заключается в том, что при сжигании угля в атмосферу выбрасывается огромное количество вред­ных веществ. Пока уголь - наиболее «грязный» из всех видов углеводо­родного топлива. Хотя ситуация постепенно меняется, появляются более экологичные и экономически более привлекательные технологии его использования, особенно в энергетике. По прогнозам специали­стов, через двадцать лет объем вырабатываемой за счет использования угля электроэнергии вырастет в два раза. Однако речь не идет о том, чтобы углем заменить другие углеводороды - нефть и газ.

В отличие от алармистских прогнозов Римского клуба, современ­ный взвешенный взгляд на перспективы решения глобальной энерге­тической проблемы более оптимистичен. Вновь повышается интерес к атомной энергетике. Если же будут разработаны экономически рен­табельные технологии получения промышленных объемов энергии за счет термоядерного синтеза, то человечество получит практически неисчерпаемый источник электроэнергии. Термоядерная энергетика может быть дополнена водородной энергетикой, которой прочат боль­шое будущее. Так или иначе, нынешним источникам энергии через не­сколько десятилетий будет найдена вполне эффективная замена. Но на протяжении первой половины XXI в. энергетическая проблема будет существовать как на глобальном, так и на региональном уровне миро­вой политики. Сегодня обостряются споры вокруг путей обеспечения энергетической безопасности. При том, что сама необходимость тако­го обеспечения ни у кого не вызывает сомнения. Представления же о способах и путях достижения данной цели у экспертов и потребителей энергоресурсов разные.

Глобальная энергетическая проблема – это прежде всего проблема надежного обеспечения человечества топливом и энергией. «Узкие места» в таком обеспечении не раз обнаруживались и в прошлые эпохи. Но в глобальном масштабе они впервые проявились в 70-х гг. XX в., когда разразился энергетический кризис, ознаменовавший собой конец эры дешевой нефти. Этот кризис вызвал настоящую цепную реакцию, затронув всю мировую экономику. И хотя нефть затем снова подешевела, глобальная проблема обеспечения топливом и энергией сохраняет свое значение и в наши дни. Не могут не волновать и пути ее решения в будущем.
Главной причиной возникновения глобальной энергетической проблемы следует считать очень быстрый – нередко поистине «взрывной» по характеру – рост потребления минерального топлива и соответственно размеров его извлечения из земных недр. Достаточно сказать, что только за период с начала и до 80-х гг. XX в. в мире было добыто и потреблено больше минерального топлива, чем за всю предшествовавшую историю человечества. В том числе только с 1960 по 1980 г. из недр Земли было извлечено 40 % угля, почти 75 % нефти и около 80 % природного газа, добытых с начала века.
Характерно, что до середины 1970-х гг., когда трудности с обеспечением топливом обнаружились в глобальном масштабе, прогнозы обычно не предусматривали никакого сокращения темпов прироста его потребления. Так, предполагалось, что мировая добыча полезных ископаемых в 1981–2000 гг. примерно в 1,5–2 раза превысит добычу за предшествовавшее 20-летие. А абсолютное мировое потребление первичных энергоресурсов на 2000 г. прогнозировалось в объеме 20–25 млрд тут, что означало бы увеличение по отношению к уровню 1980 г. в 3 раза! И хотя затем все планы и прогнозы ресурсоизвлечения были пересмотрены в сторону сокращения, длительный период довольно расточительной эксплуатации этих ресурсов не мог не вызвать некоторых негативных последствий, которые сказываются и в наши дни.
Одно из них заключается в ухудшении горно-геологических условий залегания добываемого топлива и соответствующем удорожании добычи. В первую очередь это относится к старопромышленным районам зарубежной Европы, Северной Америки, России, Украины, где растет глубина шахт и особенно нефтяных и газовых скважин.
Вот почему расширение ресурсных рубежей – продвижение добычи топлива и сырья в ресурсные районы нового освоения с более благоприятными горно-геологическими условиями – в известной мере можно рассматривать как компенсацию этого ущерба и путь к снижению себестоимости добычи топлива. Но при этом нельзя забывать и о том, что общая капиталоемкость его добычи в районах нового освоения, как правило, значительно выше.
Другое негативное последствие заключается в воздействии горнодобывающей промышленности на ухудшение экологической обстановки. Это относится как к расширению открытой добычи полезных ископаемых, добычи на шельфе, так и в еще большей мере к добыче и потреблению сернистых топлив, а также аварийным выбросам нефти.
Ко всем этим причинам возникновения глобальной энергетической проблемы необходимо добавить еще одну, лежащую уже в сфере экономической политики и геополитики. Речь идет о глобальной конкурентной борьбе за топливно-энергетические ресурсы, за их раздел и передел между гигантскими топливными корпорациями.
В начале XXI в. в широкий обиход вошло понятие о глобальной энергетической безопасности. Стратегия такой безопасности основывается на принципах долгосрочного, надежного, экологически приемлемого энергоснабжения по обоснованным ценам, устраивающим как страны-экспортеры, так и потребителей. Глобальная энергетическая безопасность во многом зависит от практических мер по дальнейшему обеспечению мировой экономики прежде всего традиционными видами энергоресурсов (по прогнозам и в 2030 г. примерно 85 % энергетических потребителей человечества будут покрывать ископаемые углеводорода). Но и значение альтернативных источников энергии тоже будет расти.
Каковы же основные пути решения глобальной энергетической проблемы? Что может дать для ее решения современный этап НТР? Ответ на эти вопросы неоднозначен, он предполагает комплекс социально-экономических, технико-технологических, да и политических мер.
Среди них есть как традиционные, имеющие преимущественно экстенсивный характер, так и более новые и интенсивные.
Самый традиционный из таких путей заключается в дальнейшем наращивании ресурсов минерального топлива. В результате его осуществления мировые ресурсы угля и природного газа в последние два-три десятилетия не только значительно увеличились, но и росли опережающими темпами по отношению к их добыче. Соответственно возросли и показатели обеспеченности этими видами топлива: считается, что при современном уровне добычи разведанных запасов природного газа должно хватить 60–85 лет. В общем, то же можно сказать и о нефти, мировые разведанные запасы которой в 1950 г. оценивались всего в 13 млрд т, а в 2006 г. – уже в 190 млрд т. Кратность запасов нефти (т. е. отношение общих остаточных запасов к текущей добыче) по большинству оценок составляет 40 лет, а запасов угля – 150 лет. При оценке перспектив увеличения такой кратности нужно учитывать и то, что разведанные (доказанные) запасы топлива обычно составляют лишь очень небольшую часть общегеологических. Так, по данным Мирового энергетического совета (МИРЭС), в общих мировых ресурсах топлива на долю достоверных приходится немногим больше 10 %, а в России – только 4 %.
Оценивая перспективы роста разведанных запасов минерального топлива и обеспеченности ими, необходимо учитывать и возможное внедрение разных технико-технологических новшеств, например увеличение его извлекаемости из земных недр. Ведь в 1980-х гг. коэффициент отдачи пластов в среднем для топливных ресурсов составлял 46 % (в том числе для угля открытой добычи – 80–90 %, для угля шахтной добычи – 35–80, для нефти – 35, для природного газа – 80 %).
Путь наращивания запасов топлива всегда был главным. Но после энергетического кризиса середины 1970-х гг. на первое место выдвинулся второй путь, который заключается в более рациональном и экономном их использовании, или, иными словами, в осуществлении политики энергосбережения.
В эпоху дешевого топлива в большинстве стран мира сложилась весьма ресурсоемкая экономика. В первую очередь это относилось к наиболее богатым минеральными ресурсами странам – США, Канаде, Австралии, Китаю и в особенности к Советскому Союзу, где на единицу ВВП потребляли значительно больше условного топлива, чем в США. В странах Восточной Европы ресурсоемкость единицы ВВП была также в два-три раза выше, чем в странах Западной Европы. Поэтому переход на рельсы энергосбережения имел очень большое значение. Политику сбережения стали осуществлять и в промышленности, и на транспорте, и в коммунально-бытовом секторе, и во всех других сферах деятельности. При этом она достигалась не только путем внедрения энергосберегающих технологий, ведущих к снижению удельной энергоемкости, но и в значительной мере благодаря перестройке всей структуры национальных экономик мирового хозяйства. Не случайно в таком основополагающем документе, как «Повестка дня на XXI век», принятом на Конференции по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г., прямо говорилось о том, что для обеспечения устойчивого развития странам следует найти пути, позволяющие обеспечить экономический рост и процветание при одновременном уменьшении расхода энергии и сырья.
Действительно, несмотря на все достижения техники и технологии, средний мировой уровень полезного использования первичных энергоресурсов и в наши дни составляет всего 1/3 (при сжигании угля – 20 %, нефти – 24, природного газа – 48 %). Поэтому в литературе нередко приводится высказывание известного английского физика Дж. Томсона о том, что эффективность современных энергетических установок находится примерно на том же уровне, как если бы нужно было сжечь целый дом, чтобы зажарить свиную тушу… Но это также означает, что повышение КПД использования топлива даже на 1 % означало бы экономию огромного количества топлива. В последнее время для улучшения ситуации осуществляют многие технико-технологические нововведения. Энергосбережение увеличивается благодаря усовершенствованию промышленного и коммунального оборудования, выпуску более экономичных автомобилей и т. п. К числу макроэкономических мероприятий в первую очередь следует отнести постепенное изменение структуры потребления энергетических ресурсов с ориентацией на увеличение доли возобновляемых и нетрадиционных первичных энергоресурсов.
Наибольших успехов на пути энергосбережения добились экономически развитые страны Запада. Только за первые 10–15 лет после начала мирового энергетического кризиса энергоемкость их ВВП уменьшилась на 1/3, а доля в мировом потреблении топлива и энергии сократилась с 60 % до 48 %. Это значит, что общая энергоемкость экономики развитых стран сохраняется и темпы роста ВВП начали опережать темпы роста потребления топлива и энергии.
В 1991–2000 гг. Среднегодовые темпы прироста ВВП в развитых странах составили 2,4 %, а потребление привычных энергоресурсов – 1,22, в 2000–2010 гг. аналогичные показатели должны составить 2,4 и 0,7 %.
Статистика свидетельствует о том, что в 2000–2006 гг., несмотря на экономический рост, объем потребляемого топлива в США увеличился лишь на 3 %, в Японии, Франции, Норвегии – всего на 1,5 %, в Великобритании он остался на прежнем уровне, а в Германии, Швейцарии и Швеции даже снизился.
В отличие от стран Запада в странах Центрально-Восточной Европы, СНГ, Китае обстановка меняется гораздо медленнее, и их экономика остается еще весьма энергоемкой. То же относится и к большинству развивающихся стран, вступивших на путь индустриализации. Например, в странах Азии и Африки потери попутного природного газа, добываемого вместе с нефтью, составляют 80-100 %.
При характеристике перспектив глобальной энергетической проблемы необходимо особо остановиться на использовании принципиально новых путей ее решения, связанных с достижениями современного этапа НТР.
Во-первых, это относится к будущему развитию атомной энергетики, где уже начинает входить в эксплуатацию новое поколение атомных реакторов. Ее позиции могут значительно укрепиться. К тому же в последнее время снова стали обсуждать вопрос о судьбе реакторов на быстрых нейтронах (РРБН). Когда-то они были задуманы как вторая, гораздо более эффективная «волна» атомной энергетики, позволяющая использовать не только уран-235, но и уран-238. Но затем работы над ними были свернуты.
Во-вторых, уже давно ведутся работы по прямому преобразованию тепловой энергии в электрическую, минуя паровые котлы и турбины, при помощи МГД (магнитогидродинамических) – генераторов. Еще в 1971 г. в Москве была пущена первая опытно-промышленная установка такого типа мощностью 25 тыс. кВт. Достоинства МГД-генераторов заключаются в высоком КПД, отсутствии вредных выбросов в атмосферу, возможности быстрого, в течение нескольких секунд, запуска.
В-третьих, положено начало созданию криогенного турбогенератора, в котором за счет охлаждения ротора жидким гелием достигается эффект сверхпроводимости. Достоинства такого турбогенератора – небольшие габариты и масса, высокий КПД. Опытно-промышленный образец его мощностью в 20 тыс. кВт был создан в СССР (Ленинград), теперь подобные работы ведут в США, Японии, других странах.
В-четвертых, очень большие перспективы имеет использование в качестве топлива водорода. По мнению некоторых специалистов, этот путь может коренным образом изменить всю будущую техногенную цивилизацию. По-видимому, наибольшее применение водородное топливо найдет сначала в автомобилестроении. Во всяком случае, первый водородный автомобиль еще в начале 1990-х гг. выпустила японская «Мазда». Для него была разработана и новая конструкция двигателя.
В-пятых, продолжаются работы, начатые в свое время выдающимся отечественным физиком академиком А. Ф. Иоффе, по созданию электрохимических генераторов или топливных элементов.
Основным горючим в топливных элементах также служит водород, который пропускают через полимерные мембраны с катализатором. При этом происходит химическая реакция с кислородом воздуха, и водород превращается в воду, а химическая энергия его сгорания – в электрическую. Главные достоинства двигателя на топливных элементах – очень высокий КПД (65–70 % и более), что вдвое выше обычных двигателей. К его достоинствам относятся также удобство применения, нетребовательность к ремонту, бесшумность при работе.
До недавнего времени топливные элементы конструировали только для специальных целей – например, для космических исследований. Но теперь работы по их более широкому применению ведутся во многих экономически развитых странах, среди которых первое место занимает Япония. По оценкам специалистов, их общая мощность в мире ныне измеряется уже миллионами киловатт. В Токио и Нью-Йорке построены электростанции, работающие на топливных элементах. А германский «Даймлер-Бенц» стал первым в мире автомобильным концерном, сумевшим создать действующий прототип машины с двигателем на топливных элементах.
Наконец, в-шестых, речь должна идти о самом главном – об управляемом термоядерном синтезе (УТС).
Тогда как атомная энергетика основана на реакции деления ядер, в основе термоядерной лежит обратный процесс слияния ядер изотопов водорода, в первую очередь дейтерия, а также трития. В этом случае при ядерном сжигании 1 кг дейтерия выделяется в 10 млн раз больше энергии, чем при сжигании 1 кг угля. Но чтобы термоядерная реакция началась, нужно разогреть плазму до температуры в 100 млн градусов (на поверхности Солнца она достигает «всего» 6 млн градусов). Если иметь в виду термоядерную или водородную бомбу, то люди уже научились ее (плазму) производить, но на стотысячную-миллионную долю секунды. Вот почему основные усилия направлены на то, чтобы удержать разогретую плазму, создав тем самым условия для управляемого термоядерного синтеза.
Для этого используют установки разных типов, но наибольшее распространение получил предложенный академиками А. Сахаровым и И. Таммом в 1950-х гг. реактор «Токамак» (тороидальная камера в магнитном поле). На установке «Токамак-10» советским ученым удалось разогреть плазму сначала до 10, затем до 25 и 30 млн градусов. В Принстонском университете (США) ученые разогрели ее до 70 млн градусов. Пока все это – экспериментальные (демонстрационные) реакторы. Обычно отмечают и относительную безопасность термоядерного реактора для окружающей среды, что также служит важным аргументом. По словам И. В. Бестужева-Лады, здесь «никаким Чернобылем не пахнет».
Надо иметь в виду и то, что главный ресурс термоядерной энергетики – это ресурс дейтерия, содержащегося в водах Мирового океана в концентрации около 0,015 % (так называемая тяжелая вода). Согласно современным расчетам, при использовании этих ресурсов дейтерия потенциальная выработка электроэнергии могла бы составить 4,4 *1024 кВт*ч, что в пересчете на тепловой эквивалент примерно в 60 млн раз превышает современный уровень мирового энергопотребления. Следовательно, термоядерную энергию можно рассматривать как практически неисчерпаемую. Только в отличие от геотермальной, солнечной, приливной, ветровой она создается руками человека.
Очень важно, что основные исследования по управляемому термоядерному синтезу проводятся в условиях постоянного обмена научной информацией между странами, при координации их Международным агентством по атомной энергии.
В первую очередь они концентрируются вокруг проекта ПТЭР (Международный исследовательский термоядерный реактор), работа над которым началась еще в конце 70-е гг. и успешно продолжается, несмотря на выход из него США. Для сооружения ПТЭР уже выбрана площадка во Франции (Кадараш). Работа, начатая в 2007 г. продолжится по-видимому 8– 10 лет. Ожидается, что ПТЭР позволит разогреть плазму до температуры в 150 млн градусов и удерживать ее в таком состоянии в течение 500 секунд.


Существует много сценариев развития мировой энергетики на долгосрочную перспективу. По некоторым из них глобальное энергопотребление в середине XXI в. увеличится до 20 млрд т (в нефтяном эквиваленте), причем по объему этого потребления развивающиеся страны к этому времени обгонят развитые (рис. 151). А к 2100 г. даже при среднем варианте глобальное энергопотребление может возрасти до 30 млрд тут (рис. 152).
Одновременно произойдут и важные структурные изменения: уменьшится доля ископаемых видов топлива и возрастет доля возобновляемых, в особенности, нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) – таких как солнечная, ветровая, геотермальная и приливная. Все они принципиально отличаются от традиционных источников минерального топлива своей возобновляемостью и экономической эффективностью. Большие перспективы имеет и использование биотоплива, в особенности биоэтанола. Американские ученые-футурологи предполагают, что к 2010 г. альтернативные источники будут давать уже 10 % производимой в мире энергии, к 2016 г. КПД энергетических установок возрастет до 50 %, к 2017 г. начнется повсеместное использование топливных батарей, а с 2026 г. – коммерческое использование термоядерных реакторов.
Из всего сказанного напрашивается вывод о том, что для крайне пессимистического взгляда на энергетическое будущее человечества вряд ли есть достаточные основания. Конечно, может произойти истощение отдельных бассейнов топлива, которое повлияет и на судьбу отдельных районов горной промышленности. Но перспектива абсолютного недостатка топлива все же маловероятна. Все-таки суммарные разведанные запасы большинства топливных ископаемых обеспечивают возможность сохранения достаточно высоких уровней добычи – по крайней мере до середины XXI в., когда может вовсю заработать термоядерная энергетика.

Что же касается общего количества энергии, содержащейся в земных недрах и ежегодно возникающей на нашей планете и в околоземном пространстве, то оно настолько велико, что теоретически, по-видимому, не может быть и речи о возможности исчерпания энергетического потенциала человечества в сколько-нибудь обозримом будущем.
На этом мировом фоне, положение России выглядит довольно противоречивым. С одной стороны, Россия занимает третье место в мире по общему потреблению первичных энергетических ресурсов (1,2 трлн т). Уже разведанных запасов нефти ей хватит на 55, а природного газа на 85 лет. К тому же ее недры таят в себе еще много неразведанных богатств. С другой стороны, энергоемкость ВВП в России в начале XXI в. были в 2,5 раза выше, чем в США и в 3,5 раза – чем в Западной Европе. Отсюда вытекает необходимость перехода к менее расточительной энергетической политике, к лучшему использованию достижений НТР. А вот и конкретный пример такого рода: в 2016–2030 гг. предполагается завершить создание демонстрационный, а к 2050 г. – промышленной термоядерной электростанции.

Время не стоит на месте. В глубокой древности люди использовали как источник энергии только собственные силы, или, по возможности, силы домашних животных. Потом первым внешним источником энергии, который научились использовать люди, был огонь. Все, что вначале умели получить от огня, это приготовление еды и обогрев своего жилища. Сегодня на службе у человечества находятся источники энергии, которые превышают человеческую силу в миллионы раз. Сейчас мы готовим еду не только с помощью огня, специальной техникой поднимаем тонны грузов, используя ракеты, покоряем космос, заглядываем в глубины Земли и строим миллионы городов. Тем не менее, в мире все чаще возникают локальные энергетические кризисы, связанные с недостатком энергетических ресурсов.

Закон энергии

Энергия никогда не исчезает, она может менять форму и накапливаться. Например, растения нуждаются в солнечном свете, они превращают солнечную энергию и накапливают ее. Вместе с тем, они отдают ее нам в виде съедобных продуктов, люди и животные потребляют эти растения и превращают эту энергию, которая в них накапливается, например, в мышечную работу. С другой стороны, при сжигании дров на костре также освобождается энергия, происходящая от Солнца. Кроме того, все ископаемые ресурсы планеты, прежде всего уголь, природный газ, нефть являются накопителями солнечной энергии. Все эти топливно-энергетические ресурсы образовались из останков животных и растений, которые существовали миллионы лет назад, под действием давления и чрезвычайно высокой температуры в земной коре.

Средневековому человеку показалось бы волшебством, если бы перед его глазами кто-нибудь добыл свет из угля или привел бы в движение машину с помощью нефти. Но это волшебство заключается только в том, чтобы сделать возможным накопление энергии и переход ее из одной формы в другую. В наше время этот процесс стал для всех настолько обычным, что мало кто задумывается об энергетической проблеме и о тех ресурсах, которые мы для этого берем. С того времени, когда человечество начало разгадывать секреты энергии, оно старается добыть энергию с наименьшими затратами. Идеальным вариантом было бы изобрести машину времени, так называемую «перпертум мобиле», которая производила бы энергию сама, получая ее из ничего. Но, к сожалению, такой вечный двигатель, который бы решил все проблемы энергетических ресурсов, создать невозможно. Общее количество энергии всегда остается неизменным, ее нельзя создать, можно лишь освободить накопившуюся энергию и превратить в другую: световую, электрическую, тепловую, физическую, химическую и т. д.

Вода как источник энергии

Человек может использовать мощную силу воды, на некоторых этапах вмешиваться в природный кругооборот воды, чтобы таким образом добывать энергию. Сегодня на гидроэлектростанциях производится электроэнергия, которую можно накапливать или же сразу потреблять по назначению.

Невероятной силы морские волны ежесекундно разбиваются о многочисленные побережья, мощная энергия их выполняет свою работу. Но человечество до сих пор не в силах использовать силу морских волн для производства энергии, хотя существует бессчетное количество теоретических моделей и идей их реализации для решения энергетической проблемы. С недавнего времени, а именно после аварии на Чернобыльской АЭС правительства многих морских государств всерьез заинтересовались этим безопасным источником энергии, до этого проводились испытания в основном в области атомной энергетики.

Уголь

Все виды угля - это результат процесса, длившегося миллионы лет, во время которого останки разнообразной растительности разложились и превратились под действием высокого давления в торф, затем - в уголь. Эти залежи на протяжении миллионов лет все глубже и глубже проникали в земную кору, покрываясь сверху новыми пластами. Например, слой торфа в 50 метров уплотнялся до пласта угля в 3 метра. Первыми, еще в I столетии нашей эры, с помощью угля отапливали свои жилища римляне. Исследователи считают, что торф использовался для отопления еще в доисторический период. И только в XVI веке уголь стали использовать в Европе как топливо.

Уголь и нефть по своему происхождению и химическому составу принадлежат к одной группе. На самом деле из угля так же, как из нефти, можно получить бензин. Этот способ был разработан в Германии во время Второй мировой войны, когда нефти для производства бензина не хватало. Этот метод заключается в том, что в процессе сжигания уголь размельчается и проходит определенные химические процессы, в результате чего получается отличное топливо.

Нефть

Как и другие виды ископаемого топлива, которое человечество сжигает для получения тепла и электроэнергии, нефть имеет чрезвычайно почтенный возраст. Самые старые месторождения нефти были образованы 600 млн лет назад. Нефть заполняла все пустоты и щели земной коры, создавая громадные месторождения. В наше время они активно отыскиваются, бурятся скважины и добываются огромные запасы этих залежей.

Из нефти производят все больше и больше веществ, потребляемых человечеством. Бензин и дизельное топливо - не единственные продукты, потребляемые человеком. Нефть является сырьем для производства лекарств, искусственных тканей, ядов, минеральных удобрений, косметики, пластмассы. Мы даже не подозреваем, насколько человечество зависимо от этих топливно-энергетических ресурсов. Не зря самые богатые страны в мире - это страны-добытчики и производители нефти. В наше время везде господствует нефть. Ни одна другая форма по мощности пока не может заменить нефть как источник энергии.

Природный газ

Газ, используемый для отопления, приготовления еды или производства электроэнергии, - это в большинстве случаев пропан, бутан или природный газ. Он был обнаружен во время бурения первых нефтяных скважин почти случайно. Сегодня природный газ обеспечивает пятую часть мировой потребности в энергии.

Природный газ, который сгорает во время приготовления еды, выделяет энергии в два раза больше, чем электрический ток, производимый тепловыми электростанциями. Природный газ, так же как и уголь, является ископаемым топливом, но по своему происхождению ближе к нефти. Именно поэтому он добывается вместе с нефтью или в виде самостоятельных газовых образований. Проще всего добывать природный газ из месторождений, которые находятся под землей, как на Ближнем Востоке или в Сибири. Безопасность при его выработке обеспечивается системой соединительных труб и вентилей, с помощью которых регулируют давление, так как газовые месторождения постоянно находятся под огромным давлением.

Главные европейские месторождения газа находятся в Италии, Франции и Голландии, а также в Северном море, возле побережья Великобритании и Норвегии. Кроме этого, Россия поставляет сибирский газ разветвленной системой газопроводов в страны Центральной Европы. Россия - главный поставщик газа, из Сибири поступает третья часть всех используемых в мире запасов газа.

Энергия из атомов

Атомную энергию человечество научилось получать на электростанциях путем расщепления ядра атома урана. Именно этот элемент имеет нестабильное ядро и легче всего расщепляется под действием нейтронов. В результате распада ядра освобождаются новые нейтроны, которые, в свою очередь, расщепляют другие ядра атомов. Этот процесс превращается в цепную реакцию и освобождает огромное количество энергии, которая используется для превращения воды в пар, приводящий в движение турбину и электрогенератор. К сожалению, этот способ решения энергетической проблемы небезопасный, вместе с энергией атомных ядер происходит радиоактивное излучение, опасное для всех живых организмов. Поэтому защита с помощью специальных кожухов на таких электростанциях должна быть максимальной.

Мягкие энергии

По мнению ученых, решение энергетической проблемы в будущем за мягкими альтернативными видами энергии. Существуют такие формы, как энергия ветра, биоэнергия и солнечная энергия. Они не тратят полезные ископаемые и не вредят окружающей среде. Еще их называют возобновляемыми источниками энергии. До тех пор, пока существует жизнь на Земле, сила ветра, биоэнергия и солнечная энергия неисчерпаемы, а ископаемые источники в виде угля, газа и нефти когда-нибудь исчезнут.

Биоэнергия

Биоэнергия - энергия, которая вырабатывается из растений. Для животных и людей растения являются самым важным источником энергии и пищевым продуктом. Растения получают запас энергии непосредственно от Солнца, древесина - носитель возобновляемой биоэнергии. Но потребности нашего индустриального общества настолько велики, что вся древесина на планете сможет удовлетворить только небольшую ее часть, не решая проблемы энергетической. Во многих странах древесина выступает основным источником энергии. Неконтролируемая вырубка ведет к уменьшению количества деревьев, поскольку часто для их насаждений не хватает денег. В таком случае этот источник постепенно становится невозобновляемым, что станет одной из причин энергетической проблемы.

Альтернативным и перспективным методом получения энергии считается производство биогаза. Он формируется из разрушенных веществ животного и растительного мира при отсутствии контакта с воздухом. Сельские хозяйства, где собирается в виде отходов много биомассы, могут использовать для производства метана специальные установки биогаза. Работа таких установок не вредит окружающей среде, а их использование не требует никаких затрат. Решение энергетической и сырьевой проблемы именно в таких альтернативных источниках. Но, конечно, сначала они должны быть построены, а первые опыты всегда связаны с большими расходами. Интересный способ расходовать меньше бензин, например, нашли в Бразилии. Они производят биоспирт - жидкость, получаемую из брожения сахарного тростника и кукурузы. Этот алкоголь добавляется к обычному бензину. Таким образом, страна становится менее зависимой от импорта бензина.

Еще один пример использования биоэнергии представляют собой калифорнийские побережья. На морских фермах выращивается одна из разновидностей морских водорослей, которые ежедневно вырастают на полметра. Их также перерабатывают для получения бензина, а другие виды водорослей используют как сырье на тепловых электростанциях, уменьшая энергетическую и сырьевую проблему.

Энергия ветра

Ветер - один из традиционных источников энергии. Еще в VII веке до н. э. в Персии использовали ветряки, а в 1920 году в США впервые ветряк использовали для производства электроэнергии. Еще спустя 10 лет в Австрии и Баварии были построены ветряные установки, которые обеспечивали собственным электричеством целые местности.

Современные силовые установки производят электроэнергию. С помощью силы ветра движутся электрогенераторы, которые питают электросеть или же накапливают энергию в аккумуляторных батареях. По мнению специалистов, использование силы ветра имеет большое будущее, если человечество отдаст предпочтение развитию технологии альтернативной энергетики, а не атомной энергетике и использованию нефти как источника энергии.

Солнечная энергия

С точки зрения производства энергии, мы можем рассматривать Солнце как разновидность атомного реактора чрезвычайной мощности. Только миниатюрная частичка достигает Земли, но даже она дает возможность жизни. Можно ли превращать солнечную энергию непосредственно в электрическую? Да, это вполне возможно с помощью солнечных батарей. Уже сегодня везде, где ярко светит Солнце и потребности в электроэнергии небольшие, получают энергию непосредственно от Солнца. Солнечные батареи - это пластины, которые имеют два чрезвычайно тонких слоя. Один слой состоит из кремния, второй - из кремния и бора. Вместе с солнечным светом, который попадает на солнечную батарею, на ее внешний слой проникают фотоны - мельчайшие частички света, излучаемые Солнцем. Они приводят в движение электроны, перенося их во второй слой и, таким образом, вызывают электрическое напряжение. Перемещаемые электроны попадают в накопитель тока, затем - в электрические проводники. Таким образом, например, станции на солнечных батареях уже решают энергетическую проблему Дальнего Востока.

Солнечные батареи постоянно совершенствуются. Пока они еще очень дорогие, но надеемся, что в недалеком будущем они станут достаточно эффективными и дешевыми и смогут решить глобальную энергетическую проблему, удовлетворить значительную часть потребностей человечества в электроэнергии. Такие солнечные фермы сейчас находятся в нежилых краях из-за чрезвычайной жары. Перспективы использования солнечной энергии огромные, по мнению специалистов, если техника для производства водорода будет дальше развиваться, то накопленную в пустынных районах солнечную энергию можно будет доставлять в виде водорода к странам-потребителям.

Зачем беречь энергетические запасы?

Залежи нефти, угля и природного газа, образованные нашей планетой на протяжении миллионов лет, человечество тратит за несколько лет. Когда мы бездумно тратим эти запасы с увеличением добычи энергоносителей, мы обворовываем своих потомков.

Этим мы нарушаем баланс энергии на Земле, ведь соотношение полученной энергии и отдаваемой обратно в космос должно быть уравновешенным. Если же человечество уничтожает и сжигает энергетические запасы, то образуются газы, которые препятствуют возвращению в космос излишка солнечной энергии. Как результат, возникает глобальная энергетическая проблема - наша планета становится теплее, возникает явление, называемое парниковым эффектом. Парниковый эффект может настолько изменить мировой климат, что произойдет расширение пустынь, образуются опустошающие смерчи, растает лед на полюсах, значительно поднимется уровень моря, множество побережий будут залиты водой.

Кроме того, время истощения энергетических ресурсов уже пришло. Ученые бьют тревогу, доказывая, что энергетических ископаемых запасов хватит на несколько десятков лет, затем потребление энергии снизится и благосостояние человечества тоже. Решение проблемы в быстром переходе общества к разумному потреблению энергетических запасов и разработке новых альтернативных и безопасных методов добычи энергии.