Д.Менделеев

В начале 70-х годов страницы газет запестрели заголовками: «Энергетический кризис!», «Надолго ли хватит органического топлива?», «Конец нефтяного века!», «Энергетический хаос». Этой теме до сих пор большое внимание уделяют все средства массовой информации — печать, радио, телевидение. Есть ли какие-либо основания для такой тревоги? Да, они есть, ибо человечество вступает в сложный и достаточно долгий период коренного преобразования и мощного развития своей энергетической базы.

Сложность и трудность этого периода осознана большинством ученых, энергетиков, правительств. Что же делать? Надо решительно расширять масштабы современной энергетики, отыскивать новые источники энергии я развивать новые способы её преобразования.

Сколько энергии нужно человеку?

Пожалуй, с самого начала нужно признаться, что ответить на этот весьма трудный и весьма актуальный и нужный вопрос однозначно невозможно. весьма нужный он потому, что от ответа на него зависит планирование и развитие энергетики, а следовательно, всей промышленности и народного хозяйства. От ответа на вопрос об актуальности развития атомной энергетики сейчас или чуть позже зависят порою принимаемые специалистами технические решения. Как мы убедились, необходимые характеристики и конструкция атомных реакторов-размножителей самым прямым образом связаны с темпами развития всей энергетики.

Вопрос этот и весьма трудный. В книге академика Л. Мелентьева «Оптимизация развития и управления больших систем энергетики» есть такие строки: «Для общеэнергетической системы СССР последней четверти XX века главными неопределенными факторами, которые влияют на её развитие и проявляются через неполноту исходной информации, являются: данные о необходимых потребностях в энергии…» Вы, конечно, заметили, что «главным неопределенным фактором» является вопрос — сколько же энергии нужно человеку? Попробуем хотя бы охарактеризовать пути подхода к этому вопросу и привести примерные величины потребности людей в энергии в ближайший период времени.

Чтобы человек мыслил, точнее, чтобы работал его мозг, нужно 10 ватт энергии. Мало? Да, немного. Этой подчеркивает совершенство мозга, ибо самые современные компьютеры, потребляющие те же ватты, ни по отдаче, ни по объему не могут сравниться с ним.

Мощность, развиваемая человеком в обыденной жизни (без тяжелой физической работы), 40-60 ватт. А поскольку «k полезного действия» нашего организма около 20 процентов, то затратить надо не 40 — 60 ватт, а в пять раз больше, значит уже около 250 ватт.

Эта дополнительная мощность выделяется в виде тепла.

Значит, за 12 часов активного бодрствования расходуемая энергия составит 3 киловатт-часа. В переводе на тепловые единицы это составит 2500 килокалорий. Такие аккуратные измерения баланса энергии в человеческом организме были проведены в связи с созданием различных систем жизнеобеспечения в космических кораблях для космонавтов.

Итак, 2500 килокалорий в виде жиров, углеводов и белков должен ежедневно получать организм человека.

Что еще? И для чего?

Проследим, как и для чего человек начал привлекать необходимую для существования дополнительную энергию. Обратимся вновь к истории и начнем с первобытнообщинного строя.

Сорок-пятьдесят тысяч лет назад первыми орудиями труда человека были камень, топор, копье. Все блага, добываемые им, были следствием разума и применения мускульной энергии. Долго не покорялась ему магическая сила огня. Наконец он научился добывать и сохранять его, обогревать и освещать свое жилище, приготовлять пищу. Ф. Энгельс писал: «Добывание огня трением впервые доставило человеку господство над определенной силой природы и тем окончательно отделило человека от животного царства».

Человек делает ещё несколько шагов вперед!

Пять-десять тысяч лет до нашей эры им совершенствуются каменные орудия и… появляется лук. В ямахловушках, в которые попадают звери, царь природы использует силу тяжести, в других ловушках упругую силу отогнутой ветви. Позже опять начинается прируч. животных, способных развивать мощность 200-400 ватт.

По современным понятиям, это весьма немного, но власть человека возрастает.

В жилищах появляется глиняная посуда, так как огонь получает «новую профессию»: его уже применяют для гончарного производства. Бег человечества ускоряется. Наступил рабовладельческий строй.

В пятом веке до нашей эры народы овладевают искусством обработки продуктов из меди, затем бронзы и, наконец, железа. Природная энергия — огонь — используется при получении металла и его превращении в изделие. Совершенствуются и разнообразятся орудия труда. Изобретено колесо и колесные повозки. На лодках появился парус — это уже использование энергии ветра. Получают распространение такие механизмы, как рычаг, ворот, блок, умножающие мускульную силу человека Архимед вооружил людей катапультой, стрелометом и множеством других изобретений. Появляется и водяное колесо, мощность которого 1-4 киловатта.

До этого периода, просуществовав сотни тысяч лет, человек ещё не притронулся к гигантским энергетическим кладовым невозобновляемой энергии — углю, нефти, газу И тем не менее по сию пору нас изумляют уникальные инженерные сооружения Пирамида Хеопса в Египте высотой 147 метров сложена из 2,3 миллиона блоков, каждый весом в среднем две тонны Строительство этих сооружений потребовало огромных затрат энергии До сих пор выясняются возможные технические приемы, которые могли быть использованы для возведения этих гигантских построек с изумительной точностью При длине сторон основания, равной 233 метрам, расхождение составляет ничтожную величину, всего два сантиметра Некоторые специалисты, сознающие непринцип. возможность найти объяснение, прибегают даже к «творчеству гостей из космоса»

Между тем человечество успело уже перейти в эпоху феодализма

Прошло всего несколько веков (с V по XVII век), и появляются промышленность и горное дело с ещё весьма простыми машинами. Уже созданы сукновальные станки и развилось кузнечное дело. Энергия ветра и воды используется в мельницах мощностью от 3 до 20 киловатт.

Усовершенствованные водяные колеса по своей мощности стали эквивалентны мускульной энергии трех-четырех тысяч человек.

Наконец, в XVII-XVIII веках, в период зарождения и становления капиталистических отношений, свершился переход к принципиально новому виду энергетики — теплоэнергетике. Был создан целый ряд паровых двигателей сначала это машины Дени Папена, Ньюкомена, а потом универсальные паровые двигатели Ползунова и Уатта. Затем появились двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины стали использоваться нефть и газ.

Стремительное насыщение промышленности энергетическими машинами, начатое в XIX веке, продолжается в наше время. Воздвигнуты десятки тысяч электростанций, питающих миллиарды электродвигателей. Добыча нефти и производство бензина открыли дорогу сотням миллионов автомобилей и тепловозов. В небо взлетают тысячи самолетов, стартуют космические ракеты Наконец, заработали атомные электростанции.

Человечество прошло бесконечно длинный путь в своем развитии. И каждый очередной этап сопровождался увеличением потребляемой человеком энергии.

В 1860 году её расход на каждого человека в пересчете на условный уголь (килограмм которого дает 7000 килокалорий тепла) составлял полтонны. В 1940 году они переросли в полторы тонны А в 1980 году две с половиной — три тонны Таковы средние цифры.

В технически же развитых государствах в 1980 году расход составил 6-15 тонн, а в развивающихся странах всего 0,5-1 тонну, значит в десять раз меньше!

Что же это означает? Значит, целые государства могут существовать и при весьма малом потреблении энергии по сравнению с потреблением её в технически развитых странах? Конечно, могут. Вопрос в том, как развиты в этих государствах промышленность и сельское хозяйство, как устроен быт.

Когда данные по величине валового национального продукта в различных странах были проанализированы, то оказалось, что эта величина прямо пропорциональна энерговооруженности человека в этой стране. Если она в одном государстве в пять раз больше, чем в другом, то и количество валового национального продукта в нем оказывается в пять раз больше, чем в другом. Конечно, это усредненные данные. В отдельных случаях такая пропорциональность не наблюдается. Отклонения объясняются разнообразием путей исторического развития, различными природными условиями. Но в среднем приведенная закономерность справедлива.

Значит, для дальнейшего повышения материального благосостояния людей необходимо повышать их энерговооруженность. К сожалению, в будущем рост энерговооруженности не будет приводить к прямо пропорциональному увеличению валового национального продукта.

Значительную часть энергии люди вынуждены отдавать на другие нужды. Вот примеры из разных областей.

Постоянно ухудшающееся плодородие почвы требует все большего количества удобрений, на производство которых затрачивается дополнительная энергия. Освоение одного гектара орошаемой земли также связано с энергетическими затратами, равными примерно тонне условного топлива.

Дороже становится и добыча рыбы. Улов и переработка одной тонны её требуют затраты энергии, эквивалентной полутора тоннам условного топлива.

При нынешних темпах добычи запасы некоторых руд, богатых металлом, иссякнут уже через несколько десятилетий. В этой связи начнут осваиваться даже такие месторождения, которые не разрабатывались из-за низкого их качества. Значит, затраты энергии на получ. того же количества металла заметно возрастут.

Огромное внимание, которое уделяется утилизации не используемых ныне всевозможных промышленных и прочих отходов, организации замкнутых циклов, созданию безотходной технологии, также связано с повышенным потреблением энергии.

Запасы воды истощаются. Постоянно растет доля безвозвратного водопотребления. Сейчас на земном шаре есть места, где стремятся потратить с пользой каждую каплю воды. Возможно, что в отдаленной перспективе огромную роль сыграет опреснение морской воды.

Академик М. Стырикович приводит такой пример, характеризующий возможный объем потребления энергии для опреснения морской воды. Для выращивания урожая ценностью в 2500 килокалорий в день на одного человека требуется одна тонна воды. Но чтобы её получить, необходимо израсходовать 6-7 килограммов условного топлива. А это 2-2,5 тонны условного топлива в год на одного человека! В пять раз больше, чем приходится на все нужды на человека множественных стран.

Примеры можно множить и множить. Но я думаю, что все и так уже ясно. Человеку необходимо все больше и больше энергии. И уже можно перечислять статьи будущих её расходов и оценивать, сколько же потребуется её для каждой статьи расхода. Можно эти статьи складывать и планировать будущие потребности в энергии.

Прогнозы, прогнозы…

До сих пор мы рассуждали лишь качественно. Обсуждали и доказывали, что человек нуждается в энергии.

Но все - таки важна и количественная сторона, значит надо знать, сколько её понадобится каждому человеку и всему человечеству в целом через год, через десять, сто, тысячу лет. Так мы попадаем в область прогностики — науки о прогнозировании, назначение которой — обобщение научной информации, имеющейся у общества, и на её основе надежное предсказывание будущих событий. Разработка долгосрочных прогнозов в энергетике особенно важна потому, что цикл подготовки — освоение новых первичных энергоресурсов, создание средств для их транспортировки, преобразования и использования, — продолжается десятки лет. Высокая капиталоемкость, широкая взаимозаменяемость энергоресурсов и видов энергии делают особенно важным заблаговременную разработку оптимальной структуры энергохозяйства. Долгосрочный прогноз должен оказывать ускоряющее влияние на темпы научно-технического прогресса. Установление принципиальной возможности создания новых эффективных энергетических источников и их роли в будущей энергетике содействует формированию благоприятного климата для научно-технических исследований и стимулирует их.

Прогнозы многое могут, многое должны, но, к сожалению, не это делают. Разброс в прогнозах о развитии энергетики весьма велик. Одни пишут о сверхбыстром развитии энергетики, другие о её нулевом росте. Этому есть, конечно, свои первопричины. Для долгосрочных энергетических прогнозов характерна достаточно большая неопределенность, зависящая от неполноты исходной информации, значит от наших знаний закономерностей развития, и параметров и возможностей различных циклов и энергетических систем.

Разные подходы к развитию энергетики и разные оценки её теперешнего и будущего состояния проистекают также и из разных принципиальных взглядов на развитие больших систем энергетики. Так, одна из концепций исходит из того, что в основе развития природы и общества лежит неопределенность и случайность — ничего, мол, определенного крайне не желательно сказать загодя. Сторонники таких взглядов рассматривают большие системы энергетики как чисто вероятностные — «го ли будет, то ли нет», ибо, с их точки зрения, человек не может активно воздействовать на развитие таких систем в прогрессивных направлениях. Его удел лишь пассивно прогнозировать. Именно такой философией вооружены упоминавшиеся ранее фаталисты, экзистенциалисты и многие футурологи.

Существует и другое крайнее и тоже неправильное восприятие действительности. Его апологеты в технике и энергетике считают, что в мире существуют лишь однозначно определенные связи — все известно загодя, в плановом хозяйстве случайные тенденции отсутствуют или их влияние ограниченно, поэтому, мол, можно на 20-30 лет вперед без ошибок определять развитие всех звеньев промышленности и энергетики.

Наши специалисты в области экономики, техники и энергетики в своих прогнозах и планировании руководствуются объективными законами развития производительных сил, определяющими основные направления развития энергетики. В то же время они признают существование множественных неопределенных факторов, которые могут ускорять или замедлять прогрессивные тенденции.

Важным фактором, свидетельствующим об устойчивости долгосрочных экономических и энергетических прогнозов, является наличие генеральной цели развития нашего общества. Важнейшие социально-экономические задачи, решаемые во имя этой цели, имеют детерминированный характер. И все же определенность, надежность прогноза сильно зависит от степени научной разработанности и сходной для него технико-экономической информации, и главное — от срока, на который ведется прогнозирование.

Так, скажем, прогноз по всей энергетике на 1990 год допускает ошибку в 10-15 процентов, а по отдельным видам энергии в 20-30 процентов. На 2000 год ошибка прогноза может дойти и до 20-40 процентов.

Если же заглянуть в 2030-2050 годы, то можно ошибиться и в два раза. Поэтому, при прогнозировании на длительные сроки рассматривают несколько возможных вариантов развития.

Прогнозов о развитии энергетики сейчас весьма много. Это и не удивительно, энергетика на данный момент — больное место. Но мы начнем со старого, сделанного замечательным русским физиком Н. Умовым. В 1912 году он опубликовал статью «Задачи техники в связи с истощением запасов энергии на Земле». Это серьезный труд, в котором действительно разработаны все факторы, которые можно было учесть , фактически 70 лет назад. Выводы, сделанные его автором, интересны нам потому, что на этом примере отчетливо видно, где и как можно ошибиться в прогнозировании.

Приняв темп роста потребностей в энергии 6 процентов годовых и известные запасы угля, нефги и гидроэнергии, Н. Умов счел необходимым принять в расчет и другие источники энергии: солнце, приливы в океане. Как мы увидим далее, ныне для дальнейших прогнозов принимается величина темпа не 6 процентов, а около В балансе потребляемой энергии Н. Умов отвел слишком малую роль электроэнергии — всего 3 процента. При расчете КПД двигателей он ориентировался на паровые машины, КПД которых 25 процентов. Сейчас поршневые машины фактически повсеместно вытеснены турбинами и двигателями внутреннего сгорания. В прогнозе Н. Умова незначительная роль была отведена нефти и газу, что же касается внутриядерной энергии, то о ней, конечно, не было и речи.

Этот экскурс в прошлое, по-моему, убедительно демонстрирует, что, несмотря на улучшившуюся методику прогнозирования, специалисты, занимающиеся прогнозами, не застрахованы от просчетов, допущенных Н. Умовым, и не имеют достаточных оснований говорить о большой точности своих прогнозов для такого временного интервала, каким являются 40-50 лет. Что пишут современные прогнозы?

Наша отправная точка — энергопотребление в мире на данный момент. Мы уже говорили: в среднем в 1980 году на каждого жителя Земли расходовалось 2,5-3 тонны условного топлива. Значит, четырех с половиной миллиардное население Земли потребляло только 11 миллиардов тонн условного топлива. Из чего они складывались? Из 2,5 миллиарда тонн угля, 4,1 — нефти, 2,9 — природного газа, 0,6 — гидроэнергии (так же, как и атомная, она пересчитана на условное топливо), 0,3 — атомной энергии и 0,6 миллиарда тонн — прочие энергетические ресурсы.

Много это или мало по сравнению с существующими на Земле ресурсами, мы увидим далее, а сейчас сравним энергию, производимую человеком, с солнечной энергией, достигающей поверхности Земли. Поскольку речь пойдет об весьма больших величинах, будем пользоваться энергетической единицей, введенной индийским физиком Хоми Баба (она обозначается символом Q), равной 37 миллиардам тонн условного топлива.

Итак, в 1980 году на Земле было потреблено примерно 0,3 Q. Ежегодно на поверхность Земли солнечные лучи приносят 1500 Q, значит фактически в пять тысяч раз больше. По-различному подходят к оценке потребностей в будущем. В одном из подходов оценивается величина энергии, которую нужно потратить на каждого жителя Земли с учетом многочисленных факторов (увеличение валового национального продукта, опреснение воды, затрудненная добыча сырья и т д.), о которых шла речь выше. Считается, что в 2040-2050 годах в технически развитых странах каждый человек будет ежегодно потреблять 15-20 тонн условного топлива, а в среднем в мире 5-10 тонн.

Сейчас население Земли растет со скоростью 3 человека в секунду. Демографы полагают, что в дальнейшем рост населения несколько замедлится и к 2050 году достигнет лишь 12-14 миллиардов. В этом случае человечество будет потреблять около 2-3 Q.

При другом подходе прогнозисты-энергетики исходят из темпов развития экономики. Например, в материалах Мирового энергетического конгресса, состоявшегося в сентябре 1977 года в Стамбуле, приведены следующие величины в единицах Q:

______________________________________________________________ .

Энергия\ Годы ____ 1990 _________ 2000 ______ 2020 ____ 2050 _ .

Всего энергии ___ 0,4-0,45 ____ 0,5-0,75 ____ 0-1,5 ____ 2-3 _ .

Атомная энергия _0,01-0,015 _ 0,035-0,04 _ 0,15-0,25 _ 0,3-0,7 .

______________________________________________________________ .

Видно, что с течением времени в энергетическом балансе мира доля атомной энергетики возрастает. Если в 2000 году её вклад составит всего 5-7 процентов, то уже в 2020 году можно ожидать увеличения до 15 — 20 процентов, а для технически развитых стран эта доля может доходить и до 40-50 процентов.

Итак, в 2050 году, значит через 70 лет, общее ежегодное количество потребляемой энергии может достичь 2 3 Q, значит 0,1-0,2 прцентажа от солнечной энергии, падающей на Землю.

Ну а что будет после 2050-го? Есть ли пределы развития энергетики? Если рост энергетики будет продолжаться со скоростью всего 2 процента, через 100 — 150 лет искусственное энерговыделение на Земле составит 30 Q, значит 2 прцентажа от солнечной. При темпе роста 0;7 прцентажа в год через 1000 лет величина энергии, добываемой человеком, сравняется с энергией, приносимой Солнцем. Предел ли это? Нужна ли человечеству ещё большая энергия?

Некоторые ученые дают утвердительный ответ. Членкорреспондент АН СССР Н. Кардашев делит цивилизации на три типа. Первый — это цивилизация, обладающая энергией, близкой к той, что сейчас потребляет человечество, — 0,1 Q. Второй тип обладает энергией, близкой к излучаемой близлежащей к ней звездой.

В этом случае энергопотребление примерно равно 1013 Q.

Третий тип цивилизации должен обладать энергией в масштабах своей галактики. Это 1024 Q.

Как можно овладеть энергией масштаба солнечной?

Идеи, предложенные ещё К. Циолковским, развиты в наше время Дайсоном, профессором Принстонского университета. Для использования энергии Солнца им предлагается соорудить вокруг нашего светила сферу радиусом около 150 миллионов километров с обитаемой оболочкой, для строительства которой нужно переработать всю массу одной из планет Солнечной системы. Население этой оболочки сможет использовать всю энергию, излучаемую Солнцем.

Конечно, эти проекты и масштабы потребления энергии относятся к области далекой фантастики. Ну а как быть с предполагаемой величиной, необходимой энергии на 2050 год, равной 2-3 Q, или, скажем, с величиной в десять раз больше — 30 Q? Достижимы ли они, и если да, то насколько легко или трудно этот прогноз осуществить?

Достичь такой выработки энергии нелегко, но возможно. Сейчас весь вопрос в темпах развития. Для человечества наступают трудные времена. Энергия дорожает, и энергетику невозможно развивать такими темпами, как это было ранее. Даже атомная энергетика не может помочь в этом случае. Она не так дорога, как энергетика на органическом топливе, но все же дорогая.

Очень много трудовых и материальных затрат требует сооружение установок, вырабатывающих энергию, и других предприятий топливного цикла, обеспечивающих их работу.

Означает ли замедление темпов фактический отказ от интенсивного развития энергетики?

Нет, и ещё раз нет! Ясно одно: человек будет стремиться обладать возможно большим количеством энергии, расширяющим его власть над природой и обеспечивающим движение вперед. Не наука и техника дадут ему принцип. возможность получать энергию во всевозрастающих объемах. Иногда периоды «застоя» — замедленного поступательного движения — могут возникать и длиться долго, может быть, десятки лет. Но обязательно будут появляться новые открытия и изобретения, которые помогут человечеству сделать очередной качественный скачок и пойти к новым достижениям ещё более быстрыми шагами.

Дело не в голоде

Прогнозисты считают, что количество энергии, которую должен будет потреблять человек в предстоящее столетие, равно: 0,5-OJ5Q уже в 2000 году и 2 — 3Q в 2050 году. Много ли это по сравнению с ресурсами, которыми обладает Земля? Давайте к ним и обратимся.

Все они делятся на возобновляемые и невозобновляемые. К первым относятся солнечная энергия, тепло Земли, приливы океанов. Они не прекратят существования, пока будут Солнце и Земля. Невозобновляемые ресурсы не восполняются природой или восполняются весьма медленно, гораздо медленнее, чем их расходуют люди. v образования новых горючих ископаемых в недрах Земли определить довольно трудно. В связи с этим оценки специалистов резко различны: от 0,00001Q до 0,0005Q в год. Если даже принять самое большое это число, то все равно v накопления топлива в недpax Земли в тысячу раз меньше скорости его потребления. Поэтому такие ресурсы и называют невозобновляемыми. С них мы и начнем, для удобства сведя все данные в таблицу, в которой для сравнения приведем ожидаемое потребление в 2000 году. Все величины приведены в единицах Q.

Виды ________________Потребление_.

топлива __ Ресурсы __в 2000 году_.

Уголь ___ 200-400 ____ 0,1-0,15 _.

Нефть ____ 15-20 _____ 0,2-0,25 _.

Газ ______ 12-18 ______ 01-0.15 _.

Что же вытекает из этих данных? Во-первых, запасы органического топлива при уровне потребления двухтысячного года в 0,5-0,6Q могут быть исчерпаны через 400-800 лет. Но это может случиться и раньше! В таблице приведены потенциальные ресурсы. При теперешних методах добычи из них можно извлечь около половины, а другую половину просто «не угрызешь». Кроме того, и энергопотребление не останется на уровне 2000 года, а будет расти. Поэтому, если принять ежегодное энергопотребление равным 2Q, запасов хватит на 120-160 лет.

Большую тревогу вызывает намечающееся истощение нефти и газа. Через несколько десятков лет известные залежи их могут оказаться исчерпанными. Так что же, кризис? Да. Но только не всеобщий энергетический, а нефтяной и газовый. но тут нужно быть осмотрительным. Подобные оценки по нефти, сделанные в 1952 году, показывали, что запасов «черного золота» хватит всего на 25 лет. Но уже в 1966 году разведанные запасы возросли настолько, что срок обеспеченности нефтью возрос до 33 лет. Сейчас мы говорим уже о 40 — 60 годах.

Существует также битуминозная нефть. Ее столько же, сколько и обычной, но её добыча пока считается неэкономичной. А ведь, кроме освоенных и разведанных нефтегазовых месторождений, возможно открытие и освоение новых глубинных ресурсов. Так, по мнению американского ученого Т. Гоулда, в нижних слоях земной коры, возможно, находятся громадные запасы метана, энергетический эквивалент которых даст около 1000Q!

Как бы то ни было, но сейчас мы должны ориентироваться на выявленные фактические ресурсы органического топлива, так как стратегия развития энергетики должна быть беспроигрышной. Да и не только энергетики. Нефть и газ — ценнейшее химическое сырье.

Из нефти научились делать кормовые белки для живот — ных. Газ нужен металлургической промышленности. Надо беречь эти дары природы, крайне не желательно истратить все их запасы только на энергетику.

А что же уголь? все - таки его одного хватило бы на 100-150 лет! С углем свои проблемы. Во-первых, его транспортировка — дело весьма трудоемкое. В нашей стране, как уже говорилось, основные запасы угля сосредоточены на востоке, а основное потребление — в европейской части. Во-вторых, широкое использование угля связано с серьезным загрязнением атмосферы, засорением поверхности земли и ухудшением почвы.

Но даже, если можно было бы пренебречь отрицательными последствиями сжигания угля, к сожалению, его крайне не желательно использовать во множественных отраслях промышленности ,и народного хозяйства. Чтобы расширить область применения, разрабатываются методы переработки его в газообразное и жидкое топливо. но ещё нет экономичных для этого способов.

В разных странах все перечисленные проблемы выглядят различно, но решение их фактически везде одно — всемерное внедрение атомной энергетики. Какими же запасами топлива она обладает?

В атомной энергетике их величина в большой мере зависит от эфф. его использования. Реакторы существующих типов потребляют около 1,5 прцентажа природного урана. Если ориентироваться только на такие установки, то мировые запасы ядерного топлива эквивалентны всего 2-3Q. На уровне потребления 2000 года его хватит лишь на 50-70 лет, а 2020 года и того меньше — лет на 8-10.

Если применять тепловые реакторы усовершенствованного типа, то энергоемкость существующих запасов топлива возрастет до 8-12Q. Для реакторов-размножителей на быстрых нейтронах видится уже 50-100Q.

В случае их развития положение изменится коренным образом, ибо в таких реакторах-размножителях ядерное топливо используется в 25-35 раз более эффективно, чем в реакторах и тепловых нейтронах. можно пойти и на добычу урана из морской воды, где запасы урана практически безграничны (50-100 тысяч Q).

Такими же возможностями обладает и разрабатываемая термоядерная энергетика.

Так почему же люди заговорили об энергетическом кризисе, если запасов только органического топлива хватит на сотни лет? А в резерве ещё ядерное!

Запасов топлива на планете ещё вполне достаточно для жизни множественных поколений. Весь вопрос в том, сколько оно стоит. И именно с этой стороны нужно рассматривать сейчас энергетическую проблему. Нефти, газа в недрах земли ещё много, но их добыча стоит все дороже и дороже, так как эту энергию приходится добывать из более бедных и глубоко залегающих пластов, из небогатых месторождений, открытых в необжитых, труднодоступных районах. Гораздо больше приходится и придется вкладывать средств для того, чтобы свести к минимуму экологические последствия использования органического топлива. Так что суть проблемы во все увеличивающихся затратах на производство энергии.

Атомная энергия внедряется сейчас не потому, что она обеспечена топливом на столетия и тысячелетия, а из-за её дешевизны по сравнению с энергетикой на органическом топливе. Атомная энергетика должна расширяться для экономичности и сохранения на будущее нефти и газа.

В условиях удорожания топлива особую остроту приобретает проблема повышения эфф. его использования. Ныне в среднем это только 10-15 процентов. Скажем, k полезного использования топлива в легковом автомобиле всего 10 процентов, а при обогреве помещений и того меньше — не превышает 6-8 процентов. Резервы здесь громадные, и успехи могут быть достигнуты немалые. и эфф. использования энергии, её экономичности и в нашей стране и за рубежом уделяется все большее внимание.

Сэкономить в большом и малом — в настоящее время задача не менее важная, нежели открыть новое месторождение или добыть лишнюю тонну топлива. Правда, борьба за экономию принимает за рубежом порой анекдотичную форму. Так, в Англии, сообщает лондонский еженедельник «Фармез уикли», владельцы молочных ферм, уплатив 300-500 фунтов стерлингов, могут приобрести оборудование для утилизации тепла, содержащегося в парном молоке. При охлаждении литра такого молока с 30 до 4 градусов выделяется около 0,03 киловатт-часа энергии. Добытое тепло передается газообразному теплоносителю, температура которого повышается до 55 градусов при прохождении через компрессор. Это тепло используется для нагревания воды или обогрева в зимнее время.

Не заманчив этот способ. Им не погасить надвигающийся энергетический кризис. Не о таком удешевлении энергии идет речь. В поисках более дешевой энергии в последнее время специалисты все чаще обращают свой взгляд на возобновляемые источники: Солнце, тепло Земли, энергию приливов океана.

Многие считают, что будущее принадлежит дарам Солнца. Действительно, ежегодное количество солнечной энергии, падающей на верхние слои атмосферы, эквивалентно 10000Q. Этого громадного количества, несомненно, хватило бы на тысячи лет. Важно только уметь пользоваться этой энергией. Хотя до поверхности Земли доходит её небольшая часть — 1500Q, а все равно её весьма много. Основное препятствие к экономичному использованию солнечной энергии — её малая концентрация — всего 150-200 ватт на квадратный метр поверхности. Скажем для сравнения: плотность энергии, поступающей в домашний чайник, когда он стоит на газовой плите, больше в тысячу раз. Поэтому главные усилия в освоении солнечной энергии направляются на методы её концентрации. Другой путь использования солнечной энергии — Преобразование её в один из видов, более удобных для использования.

Обратите внимание на табличку, в которой приведена энергоемкость различных возобновляемых источников в единицах Q.

.___________________________________________.

.Солнце на поверхности Земли ______ 1500____.

.в том числе: ______________________________.

. — гидроэнергия ___________________ 0,1 ___.

. — ветер с плотностью, большей ____________.

.500 киловатт_______________________________.

.на квадратный километр площади ___ 1-2 ____.

. — фотосинтез, ____________________ 3 _____.

.в том числе дрова: ________________ 0,5 ___.

.Термальная энергия, _______________ 1,0 ___.

.в том числе термальные воды _______ 0,003 _.

.Приливы в океанах _________________ 0,1 ___.

.___________________________________________.

Как видно из этой таблички, запасы гидроэнергии относительно невелики. Но она не что иное, как концентрированная солнечная энергия, которая успешно используется человеком. В СССР и США уже приносят пользу 20-30 процентов всех гидроэнергоресурсов.

Около двух процентов солнечной энергии переходит в энергию движения воздушных масс. Это в год около 30Q. К сожалению, на поверхности Земли плотность энергии ветра невелика. Существенным недостатком является и непостоянство его силы. Даже при плотности энергии ветра, равной 500 киловаттам на квадратный километр, ветряные установки весьма громоздки. Диаметр ротора ветряного электрогенератора мощностью всего 1000 киловатт должен быть около 50-60 метров.

Низкая эффективность вызывается зависимостью коэффициента полезного действия таких установок от скорости ветра. При изменении его скорости всего на 20 процентов k полезного действия таких двигателей падает сразу на 70 процентов. Поэтому, хотя человек начал осваивать энергию ветра тысячи лет назад и имеет в этом деле громадный опыт, трудно ожидать, что этим источником будет внесен большой вклад в энергообеспечение человека.

Широко используется солнечная энергия, заключенная в растениях. Ежегодно леса дают около 0,5Q. Это фактически в два раза больше всех видов энергии, которые человек потреблял в 1980 году. Сейчас по разным причинам используется незначительная часть годового прироста древесины. Тут играет роль неуниверсальный вид этого топлива, относительно невысокая его калорийность, трудности огранизации равномерной добычи по всем лесным массивам, транспортировки и экономические соображения.

Большая часть растений полезно использует только один процент солнечной энергии, хотя есть такие виды, у которых этот k приближается к 5 процентам.

Разрабатываются различные планы использования фотосинтеза для энергетики. Так, американский ученый Т. Уилкокс предлагает использовать в качестве топлива морские водоросли. Отдельные их виды, из которых можно получать метан, могут, по его утверждению, давать с гектара несколько тонн массы. Самым серьезным препятствием для выращивания биомассы как источника энергии является необходимость в больших площадях. Так, чтобы покрыть за счет биомассы только нынешнюю потребность США в газе, нужно занять растениями 6 процентов территории страны. Сторонники этого направления в энергетике стремятся с помощью генной инженерии повысить эффективность фотосинтеза.

Примерно по таким же причинам пока не видно экономичных путей преобразования солнечной энергии в тепловую и электрическую с помощью фотоэлементов или, концентрируя излучение, с помощью зеркал. Пока стоимость получения электроэнергии с применением современных солнечных фотоэлектрических элементов в 100 раз выше, чем на обычных электростанциях. но специалисты, занимающиеся фотоэлементами, полны оптимизма, и считают, что им удастся существенно снизить их стоимость. Сейчас уже разрабатываются проекты солнечных электростанций на орбите. Для них уже есть и название: ССЭС — спутниковые солнечные электростанции. В их создании — свои трудности: при мощности 10 миллионов киловатт такая станция будет весить около 70 тысяч тонн. Энергия на Землю будет передаваться в виде микроволнового излучения на наземную антенну площадью 100 квадратных километров.

Можно привести ещё весьма много проектов использования различных источников энергии. Здесь и использование тепла океана, и геотермальная энергия, и водород, получаемый при закачке воды в магму, и приливы океанов, и океанские течения.

Точки зрения специалистов на перспективы использования возобновляемых источников энергии весьма различаются. Комитет по науке и технике в Англии, проанализировав перспективы освоения перечисленных источников энергии, пришел к заключению, что их использование на базе современных технологий окажется в двачетыре раза дороже строительства АЭС. Другие специалисты в различных прогнозах этим источникам энергии уже в 2000 году отводят значительное место: от 5 до 10 процентов.

По-видимому, источники возобновляемой энергии будут применяться в отдельных районах мира, благоприятных для их эффективного и экономичного использования, но в крайне ограниченных масштабах. Основную долю энергетических потребностей человечества должны обеспечить уголь и атомная энергетика. Правда, пока нет настолько дешевого источника, который позволил бы развивать энергетику такими быстрыми темпами, как бы этого хотелось.

Сейчас и на предстоящие десятилетия наиболее дешевым источником энергии представляются ядерные, а затем, возможно, и термоядерные редакторы. С их помощью человек и будет двигаться по ступеням технического прогресса. Будет двигаться до тех пор, пока не откроет и не освоит какой-либо другой, более дешевый ист. энергии.

Источник: http://www.inventors.ru