ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ В ПРОШЛОМ, НАСТОЯЩЕМ И БУДУЩЕМ

Согласно имеющимся оценкам, количество горючих ископаемых, которое будет израсходовано в первые пятьдесят лет третьего тысячелетия, окажется в три с лишним раза больше, чем за первые два тысячелетия нашей эры. Даже за вторую половину настоящего века будет израсходовано почти вдвое больше энергии, чем за первые 1950 лет нашей эры (табл. 5.17). Главная часть энергии, израсходованной за последние 100 лет, обусловлена индустриализацией развивающихся стран. Рис. 5.22 показывает, что такие развивающиеся страны, как Нигерия, Индонезия и Египет, потребляют в расчете на дущу населения несравненно меньше энергии, чем такие страны, как Великобритания и Австралия. Самое большое потребление энергии на душу населения в Соединенных Штатах; оно в два с лишним раза превышает потребление энергии в Великобритании.

Важнейшим источником энергии в промышленно развитых странах всегда были горючие ископаемые. Так называемые энергетические кризисы по существу представляют собой кризисы, связанные с нехваткой горючих ископаемых. Согласно имеющимся оценкам, разведанных в мире запасов угля должно хватить еще на несколько сот лет, запасов нефти - приблизительно на 70 лет, а природного газа - приблизительно на 50 лет. Необходимость энергичного поиска долгосрочного решения энергетической проблемы становится все более безотлагательной. Она усиливается следующими обстоятельствами:

возрастанием населения планеты;

социальными, экономическими и политическими факторами, действующими в промышленно развитых странах;

осознанием в развивающихся странах того, что их экономическое состояние может быть улучшено в результате повышения уровня потребления энергии.

Успешная борьба за решение энергетической проблемы требует учета целого ряда факторов. Перечислим важнейшие из них.

Таблица 5.17. Темпы расходования мировых запасов горючих ископаемых

Рис. 5.22. Потребление энергии в некоторых развитых и развивающихся страдах в расчете на душу населения по данным за 1984 г.

Энергетические потребности. Необходимо четко определить потребности в энергии в соответствии с социальной, экономической и внешней политикой, проводимой в той или иной стране.

Эффективность преобразования энергии и энергетические потери. Эффективность преобразования энергии может варьировать в довольно широких пределах. Коэффициент полезного действия электрогенератора достигает 98%. Однако полная эффективность

Рис. 5.23. Источники энергии и ее расход в домашних хозяйствах Великобритании.

преобразования энергии, заключенной в горючих ископаемых, в электрическую энергию составляет всего 35-40%. Много энергии теряется, например, при ее передаче и распределении. В Европе лишь 42% выработанной энергии превращается в полезную энергию. В Великобритании типичное домашнее хозяйство бесполезно теряет около 50% расходуемой энергии (рис. 5.23).

В табл. 5.18 указана типичная эффективность различных преобразователей энергии. Отметим, что солнечные батареи имеют очень низкую эффективность - всего лишь

Таблица 5.18. Эффективность преобразования энергии из одних форм в другие

около 10%. Возникает вопрос, до какой степени может быть повышена эффективность различных преобразователей энергии, другими словами, до какой степени могут быть уменьшены потери?

Нетрадиционные источники энергии. По данным Всемирной энергетической конференции добыча нефти и газа должна достичь максимума в период между 1985 и 2000 годами. Вместе с тем получение энергии с помощью угля, ядерного горючего, а также солнечных и геотермальных источников в ближайшие 30 лет будет постоянно возрастать (табл. 5.19). По-видимому, в более отдаленном будущем преобладающими источниками энергии станут ядерное деление, ядерный синтез, а также солнечная энергия. Однако в настоящее время еще не ясно, до какой степени возможна разработка удобной, безопасной и экономически выгодной технологии получения энергии из таких источников.

Экологический аспект энергетической проблемы. Одной из важнейших проблем, связанных с использованием горючих ископаемых и особенно угля, является проблема загрязнения окружающей среды. Всем известны новые проблемы, связанные с загрязнением моря нефтью. Сжигание горючих ископаемых приводит к сильному загрязнению атмосферы. Каждую минуту в мире сжигаются сотни миллионов тонн угля. Продуктами его сжигания - кроме полезной энергии - являются дым, сажа, диоксид углерода и оксиды серы. На современных теплоэлектростанциях, работающих на угле, удаление пыли и окалины из топочных газов осуществляется с помощью специальных фильтров - электроосадителей. Затем очищенные газы поднимаются по высокой трубе, через которые они выпускаются в верхние слои атмосферы, где в результате происходит увеличение концентрации диоксида углерода. Существует мнение, что это приводит к возникновению так называемого парникового эффекта. Парниковый эффект ограничивает количество тепловой энергии, испускаемой Землей в космическое пространство (рис. 5.24, а). Происходящее одновременно с этим накопление пыли в верхней атмосфере приводит, наоборот, к охлаждению Земли, поскольку усиливает отражение солнечного излучения земной атмосферой (рис. 5.24,б).

Использование ядерного деления с целью получения энергии тоже имеет свои экологические проблемы (см. также разд. 1.3). Здесь существуют две главные опасности.

Риск аварии. В западных странах не было больших аварий на атомных электростанциях, хотя аварии в Браунс-Ферри, Гаррисбурге и на Три-Майл-Айленд в США получили широкую известность. Авария в Чернобыле в СССР была описана выше (гл. 1).

Таблица 5.19. Выработка энергии

Будущие средства использования солнечной энергии в представлении художника-фантаста, на рисунке которого показано, как находящаяся в космосе солнечная батарея с направленной антенной передает солнечную энергию прямо на Землю.

Сжигание горючих ископаемых приводит к ежегодному выбросу в атмосферу около 3 миллионов тонн диоксида углерода.

Рис. 5.24. Влияние загрязнения атмосферы продуктами сгорания горючих ископаемых на изменение теплового баланса Земли, а - парниковый эффект — захват тепловой энергии в атмосфере Земли из-за повышенного содержания в ней , способствующий потеплению климата; б - отражение солнечного излучения частицами пыли, попадающими в верхнюю атмосферу Земли, способствующее похолоданию климата.

Утечка радиоактивности и хранение радиоактивных отходов. Эта проблема в последнее время получает все более противоречивое освещение. Все население земного шара постоянно подвергается облучению. Приблизительно 78% этого облучения обусловлено такими естественными источниками, как гранитные горные породы и

космические лучи. Менее половины процента обусловлено атомными электростанциями и испытаниями ядерного оружия в атмосфере. Остальная часть - около 21% - обусловлена медицинскими исследованиями с помощью рентгеновских лучей (см. разд. 1.3).

Проблема удовлетворения все возрастающих потребностей человечества в энергии заключается не только в том, чтобы сохранить окружающую среду и свести к минимуму ее разрушение, но также и в том, чтобы как можно более эффективно использовать окружающую среду. В некоторых развивающихся странах существует все возрастающая опасность того, что обычные пищевые сельскохозяйственные культуры будут вытеснены с полей культурами, используемыми в качестве сырья для получения горючего. Грубо говоря, это значит, что бедняки останутся без пищи, зато богатые смогут передвигаться в автомашинах. Хотя развивающиеся страны в целом увеличивают потребление нефти, многие из самых бедных и не имеющих нефти стран третьего мира вынуждены до сих пор использовать древесину в качестве основного вида топлива. В некоторых странах до 90% производимой энергии получают сжиганием древесины, нанося тем самым большой вред окружающей среде.

Леса Непала. Приблизительно 85% всей энергии, потребляемой в Непале, получают сжиганием древесины. Кроме того, древесину используют для строительства домов. На душу населения в Непале расходуется в среднем 600 кг древесины в год. Однако естественный прирост древесины в Непале составляет всего 80 кг в год на душу населения. Это показывает, что леса Непала - одно из величайших природных богатств этой страны - могут исчезнуть с огромной скоростью.

Итак, повторим еще раз!

1. Возобновляемые источники энергии восстанавливаются естественным образом за сравнительно короткие периоды времени. Эти источники включают биомассу и солнечную энергию.

2. Невозобновляемые источники энергии не могут быть восстановлены после однократного использования. К ним относятся горючие ископаемые (уголь, нефть и природный газ), а также ядерное горючее.

3. Нетрадиционные источники энергии - реакции ядерного деления, биомасса и солнечная энергия — в настоящее время совершенствуются с целью замены традиционных источников энергии - угля, нефти и природного газа.

4. Солнечную энергию можно прямо преобразовывать в полезную энергию с использованием солнечных панелей и солнечных фотоэлементов. Естественным способом ее преобразования в природе является фотосинтез.

5. Биомассу можно использовать для получения биотоплива, например биогаза (метана) и спирта.

6. Горючее (топливо) - это источник энергии, поддающийся хранению.

7. Эффективность (коэффициент полезного действия) различных преобразователей энергии варьирует в широких пределах в зависимости от их типа. Значительная часть энергии, вырабатываемой во всем мире, теряется бесполезно.

8. Использование энергии для настоящих и будущих нужд человечества оказывает заметное влияние на окружающую среду.