Х.З. Геоэкологические аспекты энергетики

Энергетика - важнейшая сторона деятельности человека. Без ис­пользования энергии невозможны практически все другие его дейст­вия: извлечение и переработка природных ресурсов, производство промышленной продукции, транспорт, сельское хозяйство, освеще­ние, отопление, здравоохранение и т.д. 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 XX столетия. 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. Величины коммерческого (то есть рыночного) потребления энергии по источникам ее происхож­дения показаны в таблице 18.

Общая мощность производимой или же потребляемой в мире энергии составляет 10 тераватт, или Ю¹⁰ вт, и продолжает увеличи­ваться. Из этого количества около 90% энергии получают благодаря сжиганию угля, нефти 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 удельные 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 пока не достигает и 1%.

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. 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 чрезвычайно высокая их доля в производстве энергии предопреде­ляют 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 индустрии России). Составляющими выбросов в основном являются твердые частицы (31% от общего количества выбросов), диоксид серы (42%), оксиды азота (24%).

Современная ТЭЦ мощностью 1000 мвт выбрасывает в воздух за год 165000 т газов и 500000 т твердых частиц. Тепловое загрязнение, то есть неиспользуемый выброс тепла, составляет около 60% произ­водимой энергии. Каждая ТЭЦ нуждается в 4 км² площади, не считая площадей для складов, подъездных путей, градирен, линий электро­передач, свалок U 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, наносят 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 антропогенного изменения климата.

Атомные электростанции несут с собой высочайший риск катаст­рофы вследствие выделения в экосферу радиоактивных изотопов. Как показывает печальный опыт Чернобыльской АЭС, радиоактив­ное загрязнение вследствие взрыва всего лишь одного атомного ре­актора нанесло невосполнимый ущерб жизни и 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 делать 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 безвред­ных источников практически не бывает.

Как мы уже обсуждали в другой главе, гидроэлектростанции при­носят свой специфический набор геоэкологических проблем: 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, шистосо- матоз, 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 концентрация 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 и 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, и подсистемы спроса на нее. Мы только что кратко обсуждали некоторые важные вопросы, касающиеся 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 разви­тых странах значительно повысилась. Меры по экономии энергии и повышению ее эффективности менее успешны в странах с переход­ной экономикой и развивающихся странах, 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.