Классификация и экономическая оценка энергетических ресурсов

Энергия рек

Многие тысячелетия, верно, служит человеку энергия, заключенная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Недаром некоторые ученые считают, что нашу планету правильнее было бы называть не Земля, а Вода - ведь около трех четвертей поверхности планеты покрыты водой. Огромным аккумулятором энергии служит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие океанские течения. Рождаются могучие реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. Понятно, что человечество в поисках энергии не могло пройти мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать энергию рек.

Но когда наступил золотой век электричества, произошло возрождение водяного колеса, правда, уже в другом обличье – в виде водяной турбины. Электрические генераторы, производящие энергию, необходимо было вращать, а это вполне успешно могла делать вода, тем более что многовековой опыт у нее уже имелся. Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 году.

Преимущества гидроэлектростанций очевидны – постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды. Да и опыт постройки и эксплуатации водяных колес мог бы оказать немалую помощь гидроэнергетикам. Однако постройка плотины крупной гидроэлектростанции оказалась задачей куда более сложной, чем постройка небольшой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за плотиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется уложить такое количество материалов, что объем гигантских египетских пирамид по сравнению с ним покажется ничтожным. Поэтому в начале XX века было построено всего несколько гидроэлектростанций.

Но пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергетического потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неиспользованными. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, человечество получило бы дополнительно колоссальное кол-во энергии.

Атомная энергия

Открытие излучения урана впоследствии стало ключом к энергетическим кладовым природы.

Главным, сразу же заинтересовавшим исследователей, был вопрос: откуда берется энергия лучей, испускаемых ураном, и почему уран всегда чуточку теплее окружающей среды? Под сомнение ставился либо закон сохранения энергии, либо утвержденный веками принцип неизменности атомов? Огромная научная смелость требовалась от ученых, которые перешагнули границы привычного, отказались от устоявшихся представлений.

Такими смельчаками оказались молодые ученые Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди.

Два года упорного труда по изучению радиоактивности привели их к революционному по тем временам выводу: атомы некоторых элементов подвержены распаду, сопровождающемуся излучением энергии в количествах, огромных по сравнению с энергией, освобождающейся при обычных молекулярных видоизменениях.

Невиданными темпами развивается сегодня атомная энергетика. За тридцать лет общая мощность ядерных энергоблоков выросла с 5 тысяч до 23 миллионов киловатт! Некоторые ученые высказывают мнение, что в 21 веке около половины всей электроэнергии в мире будет вырабатываться на атомных электростанциях.

В принципе энергетический ядерный реактор устроен довольно просто - в нем, так же как и в обычном котле, вода превращается в пар. Для этого используют энергию, выделяющуюся при цепной реакции распада атомов урана или другого ядерного топлива. На атомной электростанции нет громадного парового котла, состоящего из тысяч километров стальных трубок, по которым при огромном давлении циркулирует вода, превращаясь в пар. Эту махину заменил относительно небольшой ядерный реактор.

Самый распространенный в настоящее время тип реактора водографитовый.

Еще одна распространенная конструкция реакторов - так называемые водо-водяные. В них вода не только отбирает тепло от твэлов, но и служит замедлителем нейтронов вместо графита. Конструкторы довели мощность таких реакторов до миллиона киловатт. Могучие энергетические агрегаты установлены на Запорожской, Балаковской и других атомных электростанциях. Вскоре реакторы такой конструкции, видимо, догонят по мощности и рекордсмена - полуторамиллионик с Игналинской АЭС.

Но все-таки будущее ядерной энергетики, по-видимому, останется за третьим типом реакторов, принцип работы и конструкция которых предложены учеными, - реакторами на быстрых нейтронах. Их называют еще реакторами-размножителями. Обычные реакторы используют замедленные нейтроны, которые вызывают цепную реакцию в довольно редком изотопе- уране-235, которого в природном уране всего около одного процента. Именно поэтому приходится строить огромные заводы, на которых буквально просеивают атомы урана, выбирая из них атомы лишь одного сорта урана-235. Остальной уран в обычных реакторах использоваться не может. Возникает вопрос: а хватит ли этого редкого изотопа урана на сколько-нибудь продолжительное время или же человечество вновь столкнется с проблемой нехватки энергетических ресурсов?

Более тридцати лет назад эта проблема была поставлена перед коллективом лаборатории Физико-энергетического института. Она была решена. Руководителем лаборатории Александром Ильичом Лейпунским была предложена конструкция реактора на быстрых нейтронах.В 1955 году была построена первая такая установка.

Преимущества реакторов на быстрых нейтронах очевидны. В них для получения энергии можно использовать все запасы природных урана и тория, а они огромны - только в Мировом океане растворено более четырех миллиардов тонн урана.

Но все 450 атомных электростанции, работающих сейчас на планете, не могут создать угрозу, хотя бы сравнимую с угрозой, исходящей от 50 тысяч боеголовок.

Нет сомнения в том, что атомная энергетика заняла прочное место в энергетическом балансе человечества. Она, безусловно, будет развиваться и впредь, без отказано поставляя столь необходимую людям энергию. Однако понадобятся дополнительные меры по обеспечению надежности атомных электростанций, их безаварийной работы, а ученые и инженеры сумеют найти необходимые решения.

 Решение проблемы  энергоресурсов

Как видно из всего выше сказанного, в настоящее время  человек не испытывает недостатка в  энергоресурсах. Энергетическая ситуация, сложившаяся в результате ограниченности энергоресурсов и монополизации  контроля над добычей, особенно нефти, а также в виду активного роста  потребления энергии, в особенности  в «странах третьего мира», привела  к дефициту энергоресурсов, а, следовательно, к резкому повышению цен на них, которое можно наблюдать  во всех станах мира (для обывателя  это увеличение цен на бензин, увеличение тарифов на электроэнергию, газ). И  хотя пока население Земли не испытывает недостатка в энергоресурсах, данная проблема уже сейчас требует поиска возможных решений. К сожалению, проблеме нехватки энергоресурсов не уделяется должного внимания. Это  происходит по нескольким причинам: 1) отсутствие недостатка энергоресурсов в настоящее время, 2) наличие в  современном мире других, как некоторые  считают, более «насущных» проблем (например, проблема мирового терроризма), 3) непросвещённость основной массы  населения по этому вопросу, а, следовательно, отсутствие внимания к этому вопросу  и оказания влияния на разрешение его мировым сообществом (лишь 1 из 30 опрошенных понимает суть вопроса, его  «серьёзность»). Стоить отметить, что  главной чертой, характеризующей «энергетический кризис», является неизбежность его наступления. Нельзя не отметить и тот факт, что экологические проблемы, связанные с добычей и переработкой энергоресурсов, также приобрели ныне значительную остроту.

Про проблему нехватки энергетических ресурсов написано множество работ, книг, диссертаций. Из всех этих работ  можно вынести два главных  тезиса, на которых строится энергетическая проблема и которые доказывают само существование этой проблемы. Также  они отвечают на вопрос: почему нельзя без конца увеличивать объёмы отнимаемых у природы ресурсов. Итак, проблема нехватки природных очевидна, т. к. 1) многие из них невозобновляемы и уже близки к исчерпанию, и 2) их массированная добыча, переработка и использование наносят огромный ущерб внешней среде, т. е. всей планете.

Существует также много  размышлений о способе решения  данной проблемы. Теоретическое решение  проблемы выглядит приблизительно следующим  образом:

1. для разрешения проблемы  нехватки энергоресурсов, а, следовательно,  и энергии необходимо, первоначально,  освободиться от зависимости,  основанной на недостаточном  количестве природных ресурсов;

2. для этого надо изменить  саму модель экономического роста:  перейти от наращивания объёмов  потребления ресурсов к рационализации  их производства и потребления  следующими способами:

• путём снижения энерго – и материалоёмкости производства
• путём замены в энергетики нефти и угля менее «грязным» газом
• путём развития нетрадиционных видов энергии, как уже используемых, так и тех, которые ещё пока экспериментальные.

3. путём стимулирования  рационального и экономичного  использования ресурсов;

4. после изменения модели  экономического роста в мировом  масштабе необходим

контроль, опять же Мирового сообщества, за сохранением достигнутых  результатов;

5. контроль специально  созданной независимой организации  за соблюдением

экологических норм и предписаний  всеми предприятиями и фирмами, в т. ч. частными.

Такое решение проблемы невозможно для человечества для уровня его  современного развития по многим причинам. Среди них можно назвать: а) относительно невысокий уровень прогресса (как  технического, так и в экономической  области), б) отсутствие политической стабильности, существование возможности нарушения  мира, в) непонимание сути проблемы некоторыми представителями человечества – вот три главных причины  невозможности применения данного  решения на современном уровне развития человечества. Т. е. это те самые причины  «благодаря» которым в настоящее  время и не происходит активного  разрешения сложившийся критической  ситуации. Но, к великому сожалению, остальные предложения, которые  поступают по этому вопросу, либо донельзя абсурдны, либо настолько  «фантастичны», что для воплощения их в жизнь потребуется очень  длительное время – настолько  длительное, что топливно-энергетические ресурсы закончатся намного раньше, даже по самым оптимистическим прогнозам, поэтому попытка воплощения этих идей в жизнь никак и ничем  не обоснованна.

Но нельзя сказать, что  данной проблемой не занимаются вовсе. Так увеличивается использование  «альтернативных» источников энергии, разрабатываются совершенно новые, основанные на новейших технологиях, электростанции, проводятся работы по нахождению и  использованию новых энергоресурсов, проводится их внедрение в повседневную жизнь (последним таким достижением  стали солнечные батареи). Большее  внимание стало уделяться экологическому вопросу – сильнее развивается  экобизнес (создание очистных сооружений), всё чаще ставятся вопросы о нормировании и регуляции эксплуатации природных энергоресурсов, о воздействии перерабатывающих комплексов на окружающую среду и др.

Начался переход от эпохи  природной расточительности к эпохе  рационального энергопотребления. За последние 50 лет достигнуто (в  производственной сфере):

· снижение потребления топлива  автомобилями и другими техническими средствами на 25 – 30 %(на один автомобиль);

· снижено количество потребляемой энергии на производство практически  всех единиц производимой продукции (особенно в странах с высоким уровнем  научно – технического прогресса, таких  как Япония, США);

· разрабатываемая продукция  стала более энергосберегающей (в  основном бытовая техника), причём это  достигнуто без видимого увеличения стоимости этой продукции для  потребителя, что говорит о решении  вопроса не за счёт покупателя;

· научно – техническая  революция позволила создать  качественно новые схемы потребления  энергии (в том числе, использующие «альтернативные» источники энергии) – началось постепенное проникновение  этих схем в «бытовую» жизнь;

· при использовании «традиционных» энергоресурсов используются искусственные  методы увеличения их главного качества – теплотворности, для увеличения максимально возможного количества, выделяемой из них энергии (всевозможные «присадки»);

· на АЭС созданы мощные, так называемые «барьеры безопасности», которые, при правильной эксплуатации, позволяют говорить об экологической  безопасности энергии ядерного распада;

· активно решается вопрос о переработке использованного  ядерного топлива и повторном  его использовании – в России, Франции и ещё нескольких странах  уже функционируют специальные  заводы, основная задача которых такая  переработка.

На государственном и  мировом уровнях:

· созданы многочисленные организации, в целях которых  не последнее (а иногда и первое) место занимает вопрос оптимального использования и охраны природных  ресурсов, в т. ч. топливно-энергетических; в их число входят: Green Peace, ORGANIZACION DE LA CUENCA DE LA PLATA(Ла – Платская группа), CARIBBEAN COMUNITY (CARICOM)(Карибское сообщество), EL PACTO AMAZONICO, ASSOCIATION OF SOUTH EAST ASION NATIONS (ASEAN)(Ассоциация Государств юго – восточной Азии), ACUERDO DE INTEGRATION SUBREGIONAL ANDINA (AISA)(Андский пакт), ORGANIZATION OF AFRICAN UNITY (OAU)(Организация Африканского Единства, ОАЭ), ORGANIZATION FOR ECONOMIC COOPERATION AND DEVELOPMENT (OECD)(Организация Экономического сотрудничества и развития, ОЭСР), ORGANIZATION OF THE PETROLIUM EXPORTING COUNTRIES (OPEC)(Организация стран – экспортёров нефти) и другие;

· в большинстве развитых стран, в т. ч. в России существует множество законодательных и  нормативных актов, кодексов, указов, в задачу которых входит регулирование  использования природных ресурсов, в т. ч. топливно-энергетических;

· во всём мире проводятся программы, акции призывающие население  к рациональному потреблению  энергоресурсов;