Развитие энергетики в ее взаимосвязи с окружающей средой

Планирование и проектирование энергетических систем, их развитие и эксплуатация должны осуществляться с учетом всех аспектов влияния на окружающую среду. В этой связи специалисту-энергетику предъявляются новые требования больших знаний о природе и происходящих в ней явлениях.

Энергосистема, в которой производится электрическая и тепловая энергия, непосредственно связана с системой обеспечения первичными энергоресурсами (рис. 1.1). Сооружение энергосистемы и условия ее работы во многом определяются природными факторами, например, наличием водоемов и географическим расположением энергоресурсов и потребителей. Состояние биосферы, уровень ее загрязнения, связанный с работой энергетических установок, накладывают определенные ограничения на технические характеристики и условия работы энергосистем. Здесь прослеживаются прямые и обратные связи между биосферой и энергосистемой.

Рис. 1.1. Различные факторы, влияющие на работу энергосистемы

Управление энергосистемой должно производиться как с учетом влияния ее на биосферу, так и с учетом социальных функций топливоснабжающей системы, потребностей промышленности и транспорта в энергии, а также других факторов. Управление производится не только выработкой энергии в энергосистеме, но и потреблением ее в различных отраслях хозяйства.

Современные энергетические системы находятся в тесной взаимосвязи с многогранными аспектами всей деятельности человека. Они прямо влияют на самые различные отрасли хозяйства (промышленность, транспорт, сельское хозяйство), на экономику, социальные условия, состояние биосферы и т. п. Существует также обратное влияние различных факторов деятельности человека на состояние и развитие энергетики. Именно поэтому энергетические системы и следует рассматривать как подсистемы единой глобальной системы функционирования человеческого общества (рис. 1.2 а, б).

При управлении работой энергетической системы, при прогнозировании и проектировании ее развития, а также проведении научных исследований необходимо учитывать взаимовлияние энергетической системы, связанных с ней систем хозяйства и биосферы. Развитие энергетики оказывает непосредственное влияние на общий уровень развития техники. В свою очередь достижения в различных областях техники отражаются на состоянии энергетики. Энергетика, биосфера, социальная и экономическая деятельность человека взаимосвязаны.

Важное различие возобновляемых и невозобновляемых источников энергии состоит в их влиянии на биосферу. Энергетика на невозобновляемых источниках приводит к дополнительному нагреву среды обитания, т. е. их энергия добавляется к энергии нагрева планеты, который обеспечивается Солнцем. Использование возобновляемых источников энергии не приводит к дополнительному нагреву планеты, поэтому такая энергия называется недобавляющей. Действительно, в этом случае, например, забирая солнечные лучи в энергетические установки, расположенные на Земле, мы изымаем энергию из цикла нагрева планеты, а затем, после использования, возвращаем планете в том же количестве в виде тепла. То же самое относится к ветровой и океанической энергии – сколько взято их из энергетического фона, столько и вернулось в среду обитания в виде тепла. Недобавляющую энергию можно назвать безотходной, добавляющая должна рассматриваться как засоряющая среду обитания.

Расчеты показывают, что производство добавляющей энергии, например, химической, ядерной, термоядерной в количестве, составляющем всего одни процент от той, которую получает Земля от Солнца, приведет к увеличению средней температуры биосферы примерно на один градус. Такое повышение средней температуры биосферы ведет к глобальным катастрофическим последствиям как для географии и климата Земли, так и для всего живого и растительного мира. Потепление непредсказуемо изменит темп и характер всех происходящих на Земле процессов, приведет к значительному изменению атмосферной циркуляции и условий увлажнения почвы. И, как следствие,

Рис. 1.2. Энергетическая система и ее связи:

а – энергетика как составная часть глобальной системы народного хозяйства;

б – энергетика как составная часть биосферы

к сильному смещению зон, оптимальных для земледелия и других видов хозяйственной деятельности. Эти изменения затронули бы жизненные интересы миллиардов людей, вызвали бы массовые миграции населения (в том числе и с пересечением национальных границ), к переселению людей в зоны без сложившейся инфраструктуры и, в конечном итоге, к тяжелым социальным потрясениям. В применении к нашей стране это означало бы, в частности, прекращение производства зерна на десятках миллионов гектаров в зонах традиционного земледелия. Необходимо отметить то, что все эти изменения происходят очень быстро в историческом масштабе времени и к ним трудно приспособиться.

Проблема глобального парникового эффекта в последние годы стала предметом пристального внимания ученых. При удвоении количества углекислого газа наиболее вероятным считается повышение средней температуры планеты на два с половиной – три градуса.

Насколько же быстро будет происходить накопление углекислого? Если бы оно шло нынешними темпами, то через 50 лет концентрация углекислого газа увеличилась бы на 15–20 % против нынешнего уровня. Но так как потребление ископаемого топлива растет, более вероятным кажется достижение к сороковым годам нынешнего века концентраций, превышающих современные на 25 % и более. В рамках наиболее вероятного прогноза этому соответствовало бы повышение температуры, приближающееся к одному градусу, что уже было бы очень опасно. По-видимому, безопасный предел использования добавляющей энергии может составить не более одной десятой процента от мощности падающей на Землю солнечной энергии, т. е. около 100 млрд киловатт. Сейчас земная цивилизация производит для своих нужд (промышленность, быт, транспорт) добавляющую энергию мощностью 10 млрд киловатт – всего в 10 раз меньше допустимого предела.

Уже многие десятилетия ежегодный прирост энергопроизводства составляет около 3 % в год. При сохранении такого темпа прироста добавляющей энергии допустимый тепловой предел будет достигнут через 60 лет. Тогда в середине XXI столетия рост производства этих видов энергии должен быть прекращен. При этом неизбежно возникнет трудный вопрос о квотах энергопроизводства государства. Это будет тяжелым глобальным кризисом цивилизации, имеющем геополитическое значение. Что же делать? Ответ на этот вопрос пытаются дать ученые, специалисты, политики, журналисты, общественность.

Человечество задумывается о том, как изменить технологии, чтобы создавать меньше экологических проблем, усовершенствовать их, потреблять меньше энергии, эффективно использовать природные ресурсы. По мнению ученых и исследователей, работающих в этом направлении, решение заключается в том, чтобы использовать энергию, воду, топливо, материалы, плодородные земли и т. п. более эффективно, часто без дополнительных затрат и даже с выгодой.

Об энергосберегающей политике, квинтэссенцией которой можно считать известную надпись на стенах учреждений «Уходя, гасите свет!» рассуждают давно. Так что продуктивное использование ресурсов – не такая уж новость. Новостью является то, как много существует нереализованных возможностей. Исследователи приводят десятки примеров – от гиперавтомобилей до видеоконференций, от новых подходов в сельском хозяйстве до экономичных моделей холодильников. При этом они не только дают рекомендации, порой достаточно простые, но и реализуют многие из них на практике.

Один из основных барьеров на пути более эффективного использования ресурсов – противоречия между развитыми и развивающимися странами. Для последних экономия ресурсов и бережное отношение к природе часто отступают на второй план перед сиюминутными задачами борьбы с бедностью, которые они пытаются решить на пути развития по западному образцу, увы, не лишенному множественных ошибок.

Важнейшую роль в сохранении нашей планеты имеет путь осознанного самоограничения, путь изменения стиля жизни. Жизнь в развитых странах отличается необыкновенно высокой скоростью расходования природных ресурсов. В частности, эти страны сжигают более половины ископаемого топлива, тогда как их население составляет лишь 20 % населения Земли. Такая скорость расходования ресурсов определяется тем жизненным стандартом, который достигнут значительной частью населения этих стран, и к достижению которого стремится оставшаяся часть: отдельный довольно большой дом и один, а лучше два автомобиля на каждую семью, возможность много путешествовать и т. п. Этот стандарт и определяет в конечном итоге потребности общества в черных и цветных металлах, цементе, пластмассе, древесине и прочем, а через необходимость все это добыть, обработать, доставить – в энергии.

Возникает вопрос: «А нельзя ли несколько изменить стиль жизни населения развитых стран?» Таким ли уж привлекательным останется старый стандарт (большой дом, две машины и т. п.), если учесть, что следование ему скоро превратит нашу Землю в пустыню?

Нет ли ему приемлемой замены? Ведь стремление иметь свободу перемещения можно удовлетворить и с помощью развитой системы общественного транспорта, которая будет заведомо более экономичной, чем индивидуальные автомобили. А что касается большого дома, то, может быть, привлекательнее будет жизнь в маленьких (или даже многоквартирных) домах, но стоящих на фоне относительно нетронутой природы? Такого рода вопросы сейчас вызывают усмешку, но есть опасение, что они вскоре будут жестоко поставлены самим ходом событий.

Кстати, переход к этому стилю жизни в развитых странах вовсе не обязательно будет связан с появлением у их жителей субъективного «чувства утраты». Скорее всего, разумное самоограничение в сочетании с использованием «высоких технологий» только повысит общее качество жизни в этих странах, хотя и благодаря новым (по сравнению с сегодняшним днем) компонентам.