Энергетическая проблема и альтернативные источники энергии

Энергетическая проблема и альтернативные источники энергии.

Жизнедеятельность человечества невозможна без потребления энергии: она  необходима для производства промышленных и сельскохозяйственных продуктов, для разработки новых технологий, да и просто для обогрева жилищ. Потребляя  энергию, человек прошел путь от первого  костра до атомных электростанций, освоил добычу традиционных энергетических ресурсов: угля, нефти и газа, научился использовать энергию рек, освоил “мирный  атом”. Сегодня суммарное потребление  тепловой энергии в мире составляет колоссальную величину – более 1013 Вт в год (эквивалентно 36 млрд. тонн условного топлива). Рост народонаселения Земли и развитие промышленности будут неуклонно увеличивать приведенные цифры.

Однако современное энергопотребление  основано на использовании невозобновимых запасов ископаемого топлива – угля, нефти, газа, а они, к сожалению, не бесконечны. Все это составляет одну сторону энергетической проблемы, стоящей перед человечеством: быстрое исчерпание невозобновимого ископаемого топлива при нарастающих темпах его потребления.

Что касается перспектив ядерной энергетики, то все известные промышленные запасы урана будут исчерпаны уже  в первом десятилетии XXI в. Учитывая затраты на добычу топлива, нейтрализацию, утилизацию и захоронение отходов, консервацию отработавших реакторов (а их ресурс не более 30 лет), расходы  на социальные, природоохранные нужды, то стоимость энергии АЭС многократно  превысит любой экономически допустимый уровень. По оценкам специалистов, только затраты на вывоз, захоронение и нейтрализацию накопившихся на российских предприятиях отходов ядерной энергетики составят около 400 млрд. долл., на обеспечение необходимого уровня технологической безопасности – 25 млрд. долл. С увеличением числа реакторов повышается вероятность их аварий. Таким образом, атомная энергетика не имеет долгосрочной перспективы.

Использование в дальнейшем энергии  термоядерного синтеза в мирных целях в настоящее время не определено.

Другой стороной энергетической проблемы является нарастающее загрязнение  окружающей среды и, как следствие, глобальные изменения климата, кислотные  дожди и т.п.

Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с все большей  остротой показывают неизбежность перехода к нетрадиционным, альтернативным источникам энергии (АИЭ). Они экологичны, возобновляемы, основой их служит энергия Солнца и Земли. Рассмотрим основные из них.

Солнечная энергия. Солнце – неисчерпаемый источник энергии: ежесекундно на Землю поступает около 80 триллионов киловатт энергии, т. е. в тысячи раз больше, чем вырабатывают все электростанции мира. Использование только 0,5% этого количества могло бы полностью покрыть мировую потребность в энергии на тысячелетия. В США работает 8 солнечных станций модульного типа общей мощностью около 450 мВт, энергия поступает в общую энергосистему страны. Выпуск солнечных фотоэлектрических преобразователей достиг в мире 300 мВт в год, из них 40 % приходится на долю США. В настоящее время в мире работает более 2 млн. гелиоустановок горячего водоснабжения. Площадь солнечных (тепловых) коллекторов в США составляет 10, а в Японии – 8 млн. м2. В США и в Японии работают боле 5 млн. тепловых насосов.

Энергия ветра. На первый взгляд энергия ветра кажется одной из самых доступных и возобновляемых. В отличие от Солнца ветер может “работать” зимой и летом, днем и ночью. Но ветер – это очень рассеянный энергоресурс. Природа не создала “месторождения” ветров и не пустила их, подобно рекам, по руслам. Ветровая энергия практически всегда “размазана” по огромным территориям. Основные параметры ветра – скорость и направление – меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее “надежным”, чем Солнце. Таким образом, возникают две проблемы, которые необходимо решить для полноценного использования энергии ветра. Первая – это возможность “ловить” кинетическую энергию ветра с максимальной площади. Вторая –добиться равномерности, постоянства ветрового потока. В настоящее время существуют интересные разработки по созданию принципиально новых механизмов для преобразования энергии ветра в электрическую.

К сожалению, ветровые двигатели очень шумные (построенные в большом числе на берегах Норвегии, ветряки вызывают протесты “зеленых”: из-за их шума птицы перестали гнездиться на побережье и изменили миграционные маршруты, что вызвало там нарушение экологического равновесия) и громоздкие, и чтобы производить с их помощью требуемое количество электроэнергии, необходимы огромные пространства земли. Лучше всего они работают там, где постоянно дуют сильные ветры (побережье Норвегии). За последние 15 лет в мире построено свыше 100 тыс. ветровых установок с суммарной мощностью 70000 мВт (10% энергобаланса США).

Энергия моря. Для использования энергии морских волн предложена станция “Кивающая утка”. Поплавки, покачиваемые волнами, дают энергию стоимостью всего 2,6 пенса за 1 кВт/ч, что лишь незначительно выше стоимости электроэнергии, которая вырабатывается новейшими электростанциями, сжигающими газ (в Британии это 2,5 пенса), и ниже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за 1 кВт/ч).

В настоящее время эксплуатируются  электростанции, работающие на энергии  приливов и отливов (например, в устье  реки Ранс во Франции).

Энергия недр Земли. Наиболее стабильным источником может служить геотермальная энергия – энергия земных недр (температура в центре Земли достигает нескольких тысяч градусов). Валовой мировой потенциал геотермальной энергии в земной коре на глубине до 10 км оценивается в 18 000 триллион тонн условного топлива, что в 1700 раз больше мировых геологических запасов органического топлива. В России ресурсы геотермальной энергии только в верхнем слое коры глубиной 3 км составляют 180 триллион тонн условного топлива. Использование только около 0,2% этого потенциала могло бы покрыть потребности страны в энергии. Вопрос заключается лишь в рациональном, рентабельном и экологически безопасном использовании этих ресурсов. Сегодня в мире действует 233 геотермальные электростанции суммарной мощностью 5136 мВт, строятся еще 117 мощностью 2017 мВт. Ведущее место в мире в этой области занимают США (более 40% действующих мощностей в мире).

Перспективные направления использования  АИЭ – сжигание твердых отходов, переход на водород вместо традиционных теплоносителей и т.п.

По прогнозу Мирового энергетического  конгресса, к 2020 г. на долю АИЭ придется 5,8% общего энергопотребления. При этом в развитых странах (США, Великобритании и др.) прогнозируется довести долю АИЭ до 20% (20% энергобаланса США  – это примерно все сегодняшнее  энергопотребление в России). В  странах Европы планируется к 2020 г. обеспечить экологически чистое теплоснабжение 70% жилищного фонда. В большинстве  стран приняты законы, создающие  льготные условия, как для производителей, так и для потребителей альтернативной энергии, что является определяющим фактором успешного их внедрения.