Природные ресурсы мира

В геотермальных источниках температура пароводяной смеси  редко превышает 150шC, а в реальности приходится иметь дело с еще более холодным рабочим телом - после сепарации смеси, идущей из горячих источников, от щелочной составляющей и собственно воды остается низкотемпературный пар, находящийся под сравнительно небольшим давлением. Рекордсмен по использованию низкопотенциального пара, по словам Олега Поварова, - Паужетская ГеоЭС, заработавшая на Камчатке в 1966 году. На первой в стране геотермальной станции вот уже 38 лет работает турбина на паре с температурой 110шC и давлением всего в две атмосферы. Низкое давление при больших расходах пара обусловило конструктивные особенности турбины (по словам Поварова, у нее "большая голова" - длинные лопатки первых ступеней и "маленький хвост" - короткие лопатки последних; у турбины, работающей с высокими давлением и температурой, все наоборот). Ее сконструировали харьковчане, специализировавшиеся на разработке эффективных энергоблоков для АПЛ, а сама она была собрана на Калужском турбинном заводе - советском монополисте в производстве энергоблоков для подводного флота.

В 1965 году геотермальной  энергетике повезло еще раз. Ученые из Института теплофизики Сибирского отделения АН Самсон Кутателадзе и Лев Розенфельд разработали и запатентовали уникальную технологию бинарного цикла для получения электроэнергии, и уже два года спустя этот проект был реализован на опытно-промышленной Паратунской ГеоЭС на Камчатке. Первую турбину там раскручивал пар с температурой всего 150шC, вторую - фреон, переходящий в газовую фазу за счет нагревания геотермальной водой с температурой всего 78шC. Соединение двух ключевых ноу-хау - низкопотенциальной турбины и бинарного цикла - в единую технологическую схему позволило говорить о том, что геотермальщики в обозримом будущем могут претендовать по крайней мере на отличную от нуля долю мирового энергобаланса.

Патент на использование  бинарной технологии у СССР тогда  был куплен десятком стран. Но с 70-х  годов, когда из-за низких цен на органическое топливо развитие геотермальных технологий в Советском Союзе надолго замерло, совершенствованием бинарной технологии занялись уже в других странах. Особенно преуспел в этом Израиль. Несколько специалистов из Харькова и Новосибирска, эмигрировавших в Израиль, организовали преуспевающую компанию "Ормат". Наладили серийное производство бинарных энергоустановок мощностью 1,5-4 МВт, использующих вместо фреона изобутан и изопентан. Новоиспеченным израильтянам удалось оседлать конъюнктурную волну - в 70-80-е годы ежегодный прирост электрической мощности, вырабатываемой ГеоЭС, составлял 12%. Сейчас на бинарных технологиях в мире работает около 500 энергоблоков с суммарной мощностью свыше 600 МВт, львиная доля которых приходится как раз на израильские установки.

Не меньше чем солнце

Вторую жизнь геотермальные  технологии в России получили только в 90-е годы - и снова на Камчатке. Дело в том, что этот полуостров не соединяют с большой землей ни автомобильные, ни железные дороги. В  советское время с затратами на морскую танкерную поставку мазута для камчатских ТЭЦ и котелен, обеспечивающих теплом и электричеством почти 400 тыс. камчадалов, особо не считались. За советское излишество пришлось расплачиваться в наше время. Ежегодно Камчатка дотируется для покупки мазута примерно на 45 млн долларов. Перевод Камчатки на геотермальное энергоснабжение позволил бы экономить ежегодно около 900 тыс. тонн условного топлива. Идею использования энергии, в буквальном смысле лежащей под ногами, стала продвигать группа бывших атомщиков. Они организовали компанию "Геотерм". Ее научным руководителем и стал профессор кафедры турбин Московского энергетического института Олег Поваров.

Самое крупное на Камчатке Мутновское геотермальное месторождение, расположенное в 130 км от столицы области города Петропавловска-Камчатского, представлялось особенно привлекательным для коммерческого использования. Поваров добивается поддержки у Анатолия Чубайса, тогда еще вице-премьера российского правительства, на пилотное строительство трех 4-мегаваттных блоков Верхне-Мутновской ГеоЭС. Европейский банк реконструкции и развития выделил 600-тысячный грант на технико-экономическое обоснование, а само строительство, закончившееся в 1999 году, финансировало РАО ЕЭС. Чубайс, загоревшийся идеей геотермальных электростанций, поддержал строительство еще одной - Мутновской ГеоЭС. В 1998 году, используя свое влияние, он добился от ЕБРР первого в истории современной России крупного кредита для энергетического проекта в размере 99,9 млн долларов. Еще 70 млн долларов расходов пришлись на долю "Геотерма" и РАО ЕЭС. В 2001-2002 годах в эксплуатацию были пущены оба 25-мегаваттных блока Мутновки.

"Благодаря использованию  технологий, применяемых до того  только в атомном энергомашиностроении, Мутновская станция - самая современная в мире", - утверждает Олег Поваров. В 80-е годы он получил две Государственные премии СССР за исследования в области двухфазовых сред и разработку эффективных турбин для АПЛ, работающих на низкопотенциальном рабочем теле и устойчивых к влажной и коррозионной среде - как раз такой, каким является пар геотермальных источников. По мнению профессора, пройдет не меньше пятнадцати лет, прежде чем на Западе научатся делать подобные энергоблоки.

У нас есть шанс, обеспеченный советскими технологическими инвестициями и инерционностью энергетической сферы. Один из лучших в мире специалистов в теплофизике (к слову, ученик Самсона Кутателадзе) академик РАН Владимир Накоряков считает, что в начале прошлого века оценки конкурентных преимуществ той или иной энергетической технологии были настолько противоречивы, что даже предвидение немецкого физико-химика и нобелевского лауреата Вильгельма Оствальда о грядущей эпохе электрохимической энергетики с использованием водорода записывалось по ведомству краткосрочных прогнозов. Минувшее столетие изменило расклад сил. "В десятых годах появились паровые турбины с КПД двадцать пять процентов, быстро вытеснившие паровые машины с их десятипроцентным КПД, - говорит Накоряков. - С помощью турбин стали вырабатывать больше электричества. Пошел быстрый рост тепловой энергетики. Электронасосы облегчили добычу нефти, а электрооборудование - добычу угля. И это столетнее наследие определяет сегодняшний выбор. Я уверен, что значение водорода и топливных элементов в мировой энергетике будет только расти, но в ближнесрочной перспективе среди возобновляемых источников энергии геотермика, опирающаяся на турбинные технологии, будет играть роль по крайней мере не меньшую, чем энергия солнца".⁵

1.3. Водные ресурсы

Водные ресурсы - пригодные для использования в национальной экономике запасы вод суши, Мирового океана, подземных вод, почвенной влаги, льдов, снежного покрова и их энергия: механическая или тепловая.

Общий объем (единовременный запас) водных ресурсов составляет 1390 млн.куб.км, из них около 1340 млн.куб.км - воды Мирового океана. Менее 3% составляют пресные воды, из них технически доступны для использования - всего 0.3%.⁶

Россия - одна из наиболее богатых природными водами стран  мира. Суммарные естественные ресурсы и запасы пресных вод Российской Федерации оцениваются в 7770,6 км3/год (табл. 1). Доля речного стока составляет 55%. Статические (вековые) запасы, большая часть которых сосредоточена в озерах и подземных водах, составляют около 90 тыс. км3/год.

Таблица 1.

Суммарные ресурсы и запасы воды на территории Российской Федерации

(по данным Росгидромета и  МПР России)

Суммарный среднемноголетний  объем воды в пресных озерах составляет 26,5 тыс. км³. Большинство озер (98%) - небольшие (менее 1 км²) и мелководные (глубина 1-1,5 м), ресурсы их возобновляются очень медленно.

Болота занимают почти 10% территории России. Суммарный среднемноголетний объем приходной составляющей болот оценивается в 1500 км³, из которых около 1000 км³/год расходуется на сток, питающий реки, озера, подземные горизонты, - естественные ресурсы и 500 км³/год - на испарение с водной поверхности и через транспирацию растений.

Общее количество ледников в России превышает 8000. Наибольшие площади оледенения имеют острова Новая Земля, Северная Земля и Земля Франца-Иосифа. Все прочие ледники, кроме арктических, принадлежат к различным типам горного оледенения.

В общем стоке рек, берущих начало из ледников, доля ледникового питания достигает 50% от годового объема и более. Большие запасы воды, заключенные в ледниках, в сочетании с высокогорными сезонными снегами обеспечивают длительное половодье на горных реках, имеющих ледниковое питание.

В районах многолетней мерзлоты водные ресурсы аккумулированы в  подземных льдах и наледях. В пределах России подземные льды занимают площадь около 7 млн. км², или около 60% территории, занятой многолетнемерзлыми породами.

Самая крупная в стране и в  мире Большая Момская наледь (бассейн  р. Индигирки) имеет площадь более 100 км², объем 0,25 км3 и максимальную толщину около 7 м. В верхней части бассейна р. Индигирки зимой на питание наледей затрачивается свыше 100 м³/с воды, тогда как средний годовой расход этой реки составляет всего 6,82 м³/с.

При высоком коэффициенте наледности конкретной реки талые воды наледей могут составлять до 20-24% годового и до 50% весеннего стока.

В ледниках на территории Российской Федерации сосредоточено около 18 тыс. км³ льда, в котором законсервировано более 15 тыс. км³ статических запасов пресной воды.

Среднемноголетний ледниковый сток, питающий реки, оценивается в 110 км³. Это возобновляемые ресурсы, и они могут быть отнесены к естественным. Около 30% из них, или 33 км³/год, относятся к эксплуатационным.

В криогенных районах страны количество пресной воды в подземных льдах  оценивается в 19 тыс. км³, в том числе свыше 15 тыс. км³ - статические запасы воды.

В суммарных ресурсах 227 км³/год речного стока поступает с территории других государств, 787,5 км³/год составляют подземный и 1000 км³/год болотный сток, дренируемый реками, 1000 км³/год - ледниковый сток и 530 км³/год - сток из озер, питающих реки.

Систематическое изучение количественных и качественных характеристик водных объектов ведется в рамках государственного мониторинга водных объектов, государственного водного кадастра и государственного учета использования вод. В этой работе участвуют Росгидромет, МПР России, другие федеральные органы исполнительной власти в соответствии с их компетенцией и водопользователи.⁷

1.4. Земельные ресурсы

Земельные ресурсы (или  земельный фонд) - часть земной поверхности, пригодная для жизни человека и его хозяйственной деятельности. Земельные ресурсы мира оцениваются обычно в 134 млн. км² (площадь всей суши без учёта Антарктиды и Гренландии).⁸

Земля - один из главных  ресурсов природы, источников жизни. Недаром  говорят: " Труд - отец богатства, а земля - мать его". Земельные ресурсы необходимы для жизни людей и для всех отраслей хозяйства.

Обеспеченность человечества земельными ресурсами определяется мировым земельным фондом, составляющим 13,4 млрд. га. Обрабатываемые (прежде всего пахотные) земли в основном сосредоточены в лесных, лесостепных и степных зонах нашей планеты. Немалое значение имеют луга и пастбищные земли, которые обеспечивают 10% пищи, потребляемой человечеством.

Земельные ресурсы планеты  позволяют обеспечить продуктами питания больше населения, чем имеется в настоящее время и будет в ближайшем будущем. Вместе с тем в связи с ростом населения, особенно в развивающихся странах, количество пашни на душу населения сокращается. Еще 10-15 лет назад душевная обеспеченность пашней населения Земли составляла 0.45-0.5 га, в настоящее время она составляет уже 0.35-0.37 га. Душевная обеспеченность пахотными угодьями меняется в широких пределах. Для Канады она составляет 1.8 га, США-0.8, ФРГ-0.1, Японии - 0.04 га. Для России обеспеченность пашней на душу населения в настоящее время достигает почти 0.9га, что значительно выше мирового показателя.⁹

Структура земельных  ресурсов мира представлена в таблице 2.¹⁰

1.5. Минеральные ресурсы

Минеральные ресурсы - совокупность запасов полезных ископаемых в недрах района, страны, группы стран, континента, мира в целом, подсчитанных применительно к существующим кондициям на полезные ископаемые с учетом научно-технического прогресса (увеличение глубины разработки, повышение эффективности обогащения и др.).¹¹

Термин минеральные ресурсы применяется в отношении различных территориальных единиц: района, страны, группы стран, социальных систем хозяйства, мира в целом. Минеральные ресурсы относятся к невозобновимым природным богатствам, поэтому вопросы рационального их использования в интересах развития народного хозяйства имеют весьма большое значение. В этой связи особенно важно обеспечить полное извлечение из недр разрабатываемых месторождений содержащихся в них ценных компонентов, ликвидацию или доведение до минимума потерь при добыче, обработке и транспортировке минерального сырья.¹²

2. Классификация природных ресурсов

Под классификацией природных  ресурсов понимается разделение совокупности предметов, объектов и явлений природной среды на группы по функционально значимым признакам. Учитывая природное происхождение ресурсов, а также их огромное экономическое значение, разработаны следующие классификации природных ресурсов.