Книга: Основы геоэкологии

X.3. Геоэкологические аспекты энергетики

X.3. Геоэкологические аспекты энергетики

Производство и использование энергии – важнейшая сторона деятельности человека. Без энергии невозможны практически все другие его действия: извлечение и переработка невозобновимых природных ресурсов, производство промышленной продукции, транспорт, сельское хозяйство, освещение, отопление, здравоохранение и т. д., и т. п. Эволюция общества и цивилизации происходила и происходит в тесном взаимодействии с развитием энергетики.

Энергия – важнейший товар в международной экономике, а надежное обеспечение стран источниками энергии стало важнейшей геостратегической проблемой ХХ! века. Глобальные энергетические стратегии и проблемы системно взаимосвязаны с основными общемировыми вопросами, такими как рост численности населения, увеличение имущественных различий между отдельными слоями общества, распространение бедности, дефицит продовольствия и воды, состояние здоровья и здравоохранения, неудовлетворительное качество воздуха в городах, изменение климата, деградация экосистем, их асидификация, распространение ядерного оружия и др. Из этого следует, что вопросы энергетики должны решаться таким образом, чтобы не ухудшилось состояние других глобальных проблем.

История развития мировой энергетики поучительна. Первейшим источником энергии для любого вида деятельности человека был он сам, его мускульная энергия. Затем изобретение способов добывания огня для сжигания древесины обеспечило человеку горячую пищу, отопление жилища, новые материалы, такие как бронза и железо. Использование энергии домашних животных предопределило прогресс в сельском хозяйстве, транспорте и промышленности. Изобретение пара как рабочего вещества явилось важнейшим технологическим фактором промышленной революции и способствовало освоению таких энергетических ресурсов, как уголь, нефть и природный газ.

С тех пор и до настоящего времени наша цивилизация основана на использовании горючих ископаемых.

Соотношение величин коммерческого потребления энергии по источникам ее происхождения на 1997 г. показано в табл. 20.

Таблица 20

Соотношение источников энергии в мире (в %)

Общая мощность производимой или же потребляемой в мире энергии составляет величину порядка 10 тераватт, или 10¹⁰ Вт и продолжает увеличиваться. Из этого количества около 80 % энергии получают благодаря сжиганию нефти, угля и природного газа. По всей вероятности, этот показатель сохранится на ближайшие десятилетия, а количество производимой энергии будет все еще увеличиваться. Объем и доля атомной энергии, вероятно, останется на ближайшую перспективу скромной. Суммарная величина производимой гидроэлектроэнергии будет увеличиваться, но ее доля в производстве и использовании энергии останется небольшой.

Другие, преимущественно возобновимые, источники энергии, такие как энергия солнца, ветра, морских приливов, волнения воды, разности температур поверхностных и глубинных слоев воды океана, специально выращиваемой биомассы, геотермальная энергия, и прочие, несмотря на некоторые оптимистические прогнозы, не спешат занимать сколько-нибудь значительное место. Экономические и экологические затраты на производство энергии из возобновимых источников неуклонно снижаются, и имеются заметные достижения в их практическом использовании, хотя доля этих источников в мировом энергетическом балансе все еще невелика.

Производство и потребление энергии в мире, за редкими исключениями, неуклонно росли, в особенности в последние десятилетия. За 20 лет, с 1971 по 1991 гг., потребление энергии в мире увеличилось на 45 %. Соответственно, расходовались и запасы горючих ископаемых. Тем не менее, благодаря успешным поискам новых месторождений и их разведке, запасы продолжали увеличиваться. По состоянию на 1990 г., при современном уровне разведанных запасов и ежегодной добычи угля хватило бы на 209 лет, нефти на 45 лет и природного газа на 52 года.

Производство и использование основных источников тепловой энергии практически всегда сопровождаются неблагоприятными последствиями, влияющими на экосферу и на здоровье людей. Соответственно, ожидаемый дальнейший рост производства и использования энергии приведет к еще большему усилению экологических проблем. Геоэкологические ограничения могут стать столь серьезными, что они станут диктовать основные элементы стратегии энергетики. В частности, мы уже обсуждали возможную ситуацию, когда не дефицит горючих ископаемых, а значительное ухудшение состояния экосферы приведет по необходимости к трансформации глобальной энергетики на основе возобновимых и экологически более чистых источников энергии. Геоэкологические вопросы энергетики уже излагались в соответствующих разделах книги, и здесь лишь кратко отметим основные проблемы.

Опора в энергетике на использование горючих ископаемых и, соответственно, чрезвычайно высокая их доля в производстве энергии предопределяет специфический набор связанных с этим геоэкологических проблем. По объему выбросов загрязняющих веществ в атмосферу тепловая энергетика является наиболее крупной отраслью промышленности (27 % от общего количества выбросов всей промышленностью России). Составляющими выбросов в основном являются твердые частицы (31 %), диоксид серы (42 %), окислы азота (24 %).

Современная ТЭЦ мощностью 1000 мВт выбрасывает в воздух за год 165 000 т газов и 500 000 т твердых частиц. Тепловое загрязнение составляет около 60 % производимой энергии. Каждая ТЭЦ нуждается в 4 кв. км площади, не считая площадей для складов, подъездных путей, градирен, линий электропередачи, свалок и пр.

Загрязнение воздуха, ассоциирующееся со сжиганием нефти, угля и газа, неблагоприятно влияет на экосистемы и здоровье людей. Из трех основных источников тепловой энергетики более всего загрязнений и парниковых газов производится и выбрасывается в атмосферу в результате сжигания угля и наименьшее – при сжигании газа. Кислотные осадки, возникающие как следствие функционирования тепловых электростанций, приносят ущерб экосистемам – озерам, рекам, лесам, а также и урожаю, строениям, памятникам материальной культуры. Современная энергетика является важнейшим фактором накопления в атмосфере парниковых газов и, следовательно, наиболее важной причиной изменения климата.

Атомные электростанции несут с собой высочайший риск катастрофы в случае выделения в экосферу радиоактивных изотопов. Как показывает печальный опыт Чернобыльской АЭС, радиоактивное загрязнение вследствие взрыва всего лишь одного атомного реактора нанесло невосполнимый ущерб здоровью людей, состоянию естественных и агроэкологических систем, по сути дела, вывело из нормального использования чрезвычайно большую территорию в пределах Белоруссии, России и Украины.

В атомной энергетике остаются нерешенными проблемы хранения и переработки радиоактивных отходов деятельности АЭС. Подошли также сроки выведения первых атомных станций (не только в России, но и в других странах мира) из эксплуатации. Поскольку неизвестно, что с ними делать дальше, они подлежат консервации. Как это сделать безопасно и эффективно – пока еще плохо проработанная задача.

Основное направление в стратегии снижения геоэкологических проблем энергетики – повышение роли возобновимых и экологически более чистых источников энергии. Однако абсолютно чистых источников практически не бывает.

Как уже обсуждалось в другой главе, гидроэлектростанции приносят свой специфический набор геоэкологических проблем, таких как потери затапливаемой земли, зачастую весьма ценной, переселение населенных пунктов из зоны затопления, изменения водных и наземных экосистем и их плодородия, а в тропических и экваториальных районах и усиление частоты и серьезности заболеваний многими тропическими болезнями, ассоциирующимися с водой (малярия, шистосоматоз, речная слепота и др.)

Непосредственное использование солнечной энергии также не оказывается полностью оправданным с экологической точки зрения: аккумуляторы солнечной энергии различных типов часто требуют большой территории. Сбор солнечной энергии зависит также от метеорологических и, следовательно, физико-географических факторов: облачности, угла солнца над горизонтом и пр., а потому он эффективен преимущественно в тропических районах со значительной продолжительностью солнечного сияния. Если в процессе производства энергии используются фотоэлектрические батареи, то в одном или нескольких звеньях технологической цепочки их производства возникает значительное загрязнение окружающей среды.

Опосредованное использование солнечной энергии, в природе проявляющейся в виде ветра, волнения, приливов, биомассы и пр., столь же несвободно от геоэкологических обстоятельств. Например, ветровые электростанции вызывают неприемлемые шумовые эффекты и потому должны располагаться вдали от населенных пунктов; энергия морских волн значительна, но задача ее концентрации для производства электроэнергии технически очень не проста.

Использование геотермальной энергии влечет за собой значительное загрязнение воды, воздуха и земли. Геотермальная электростанция мощностью 1000 мВт выпускает в атмосферу 10⁴—10⁵ т газов в год, загрязняет 10⁵—10⁸ м³ воды и требует значительной площади (до 20 км² на одну станцию).

Энергетические системы состоят из двух равноценно важных частей: подсистемы, касающейся предложения энергии (supply), и подсистемы спроса на нее (demand). Мы кратко обсуждали некоторые важные вопросы, касающиеся аспектов предложения. Для эффективного функционирования систем энергетики не менее важны проблемы спроса. Экономия энергии играет здесь важнейшую роль.

Больше половины производимой ежедневно энергии теряется вследствие технических особенностей энергетических систем или недостаточно эффективной деятельности человека. Экономия энергии должна быть частью стратегии снижения расхода энергии на единицу продукта, причем социально-экономическое развитие или привычный стиль жизни людей, по крайней мере, не должны ухудшаться. Мы уже указывали на то, что после двух энергетических кризисов 1970-х гг. эффективность использования энергии в странах с капиталистической экономикой значительно повысилась. Меры по экономии энергии и повышению ее эффективности менее успешны в странах с переходной экономикой и развивающихся станах, где промышленность зачастую расходует в 2–5 раз больше энергии на ту же величину продукции вследствие того, что оборудование, технологические процессы, транспортные системы и пр., как правило, устарели и нуждаются в модернизации.

Обсуждая стратегии выхода человечества из глобального геоэкологического кризиса, мы говорили также о необходимости и принципиальной технической возможности повысить в обозримом будущем эффективность использования энергии на порядок, то есть примерно в 10 раз. Такие действия вполне соответствовали бы осуществлению одной из обсуждавшихся нами ранее переходных стратегий, направленных на решение глобального геоэкологического кризиса.

Из этого краткого обзора основных геоэкологических вопросов энергетики следует, что энергетика – одна из сложнейших природно-технических систем.