Энергетические ресурсы

Потребность в энергии - одна из основных жизненных потребностей человека. Энергия нужна не только для нормальной деятельности современного сложноорганизованного человеческого общества, но и для физического существования отдельного человеческого организма. По данным, приводимым Н. С. Работновым, для поддержания жизни человеку требуется примерно 3 тыс. килокалорий в сутки.

Около 10% потребной энергии человеку обеспечивают продукты питания, остальную - промышленная энергетика.

Ускорение темпов научно-технического прогресса и развитие материального производства сопряжены со значительным ростом затрат энергии. Поэтому развитие энергетики представляется одним из важнейших условий экономического роста современного общества.

Долгое время энергетической базой служило ископаемое топливо, запасы которого неизменно сокращались. Поэтому в последнее время задача поиска новых источников энергии - одна из наиболее актуальных задач современности.

Непрерывный рост потребления энергии ставит перед человечеством проблему поиска новых ее источников. Сюда следует отнести геотермальную, солнечную, ветровую и термоядерную энергию, гидроэнергию.

Теплоэнергетика

Основным источником энергии в России и странах бывшего СССР является тепловая энергия, получаемая от сгорания органического топлива - угля, нефти, газа, торфа, горючих сланцев.

Нефть, а также ее тяжелые фракции (мазут) широко используются в качестве топлива. Однако перспективы применения данного вида топлива выглядят сомнительными по двум причинам. Во-первых, нефть с очевидностью не может быть отнесена к разряду экологически чистых источников энергии. Во-вторых, ее запасы (в том числе и неразведанные) весьма ограничены.

Газ как топливо используется также очень широко. Запасы его хотя и велики, но также небезграничны. Сегодня известны способы извлечения из газа некоторых химических веществ, в том числе водорода, который в будущем может быть использован как универсальное чистое топливо, не дающее какого-либо загрязнения.

Не меньшее значение в тепловой энергетике, чем нефть и газ, имеет уголь, который является наиболее распространенным на планете энергоносителем - его запасы оцениваются в 7 трлн т. По расчетам только разведанных месторождений (300 млрд т) должно хватить человечеству на несколько веков. Как топливо уголь используется также в виде кокса, получаемого в результате нагревания каменного угля без доступа воздуха до температуры 950-1050 °С. По мнению экспертов Института всемирных наблюдений (США), экологический кризис нарастает такими же темпами, как и использование угля. Лидеры угольной энергетики (Китай, США, СНГ) являются одновременно и главными загрязнителями атмосферы. На долю США приходится 26% выброса углерода в атмосферу, на долю СНГ - 19% (больше, чем на всю Западную Европу). Сторонники угольной энергетики видят перспективу в переработке угля в синтетические жидкие топлива, газ и полукокс.

Гидроэнергетика

Энергия гидроэлектростанций безвредна для окружающей среды. Однако само по себе строительство водохранилищ на равнинах чревато отрицательными последствиями, наиболее существенным из которых является затопление обширных полезных (сельскохозяйственных и др.) земельных угодий.

Особенно остро стоит вопрос о мелководных зонах водохранилищ, которые при изменении уровня воды то осушаются, то затопляются, что затрудняет их использование. На некоторых водохранилищах такие зоны занимают 40% от всей их площади. За последнее время в проектах новых равнинных водохранилищ предусматривается отсечение мелководий от основного ложа водохранилища дамбами, что сохранит значительные площади земель от затопления.

Ядерная (атомная) энергетика

Долгое время решение проблемы энергетического кризиса связывали преимущественно с развитием ядерной, а в перспективе - термоядерной энергетики, последняя из которых с современной точки зрения обладает практически неисчерпаемыми топливными ресурсами. Принято было считать, что одним из важнейших преимуществ атомной энергетики является ее экологическая чистота. Действительно, при благоприятных условиях атомные электростанции (АЭС) дают значительно меньше вредных выбросов, чем электростанции, работающие на органическом топливе.

Однако в последние десятилетия отношение к данному виду энергетики существенно изменилось, что нашло отражение и в публикациях специалистов-экологов. Так, В. А. Красилов в своей книге "Охрана природы: принципы, проблемы, приоритеты", говоря об оптимальной структуре энергетики, отводит ее атомной разновидности 0% от общего производства энергии. Против строительства новых атомных электростанций и в поддержку закрытия уже действующих выступают сегодня многочисленные общественные организации и инициативные группы. Столь негативная оценка роли атомной энергетики в жизни общества связана, прежде всего, с опасениями в отношении негативных последствий аварий на ядерных объектах, которые приводят к серьезным утечкам радиоактивных материалов и отходов производства. Позиции атомной энергетики были серьезно подорваны инцидентами на АЭС "Тримайл-Айленд" (США, 1979 г.), Чернобыльской АЭС (СССР, 1986 г.) и АЭС "Фукусима-1" (Япония, 2011 г.), последствия которых способствовали нагнетанию в обществе истерии и страха перед возможными в будущем еще более серьезными катастрофами. Следует отметить, однако, что в первых двух упомянутых случаях ключевым фактором, обусловившим масштабы негативных последствий аварий, стали грубейшие ошибки людей: руководства и обслуживающего персонала станций. Основной причиной аварии на АЭС "Фукусима-1" явилось стихийное бедствие - сильнейшее в истории Японии землетрясение. Ситуация была осложнена тем, что на станции были установлены реакторы устаревшего образца, система защиты которых не могла обеспечить требуемый уровень безопасности в сложившихся обстоятельствах. В то же время известны многочисленные примеры, когда автоматизированные системы защиты реакторов осуществляли их аварийное отключение без серьезных последствий для людей и окружающей среды в целом.

Таким образом, перспективы дальнейшего развития ядерной энергетики сегодня связываются с тем, в какой степени удастся повысить безопасность технических систем и примирить население с работой атомных электростанций.

Если будущее земной ядерной энергетики выглядит сегодня не вполне определенным, то ее космические перспективы более очевидны. В будущем при хозяйственном (как и любом другом) освоении планет Солнечной системы, их спутников, а также астероидов потребуется значительное количество надежных энергетических установок, способных работать длительное время в автономном режиме. В условиях дефицита солнечного излучения, химических и иных неатомных источников энергии ядерное топливо может оказаться если небезальтернативным, то по крайней мере наиболее эффективным энергетическим сырьем.

Геотермальная энергетика. Запасы тепла в глубинах земных недр практически неистощимы, и использование его с позиций охраны окружающей среды весьма перспективно. Температура скальных пород с заглублением на 1 км повышается на 13,8 °С и на глубине 10 км достигает 140-150°С. Известно, что во многих районах уже на глубине 3 км температура пород достигает 100°С и больше.

В настоящее время в некоторых странах мира - России, США, Японии, Италии, Исландии - используют тепло горячих источников для выработки электроэнергии, отопления зданий, подогрева теплиц и парников.

Электростанции строят в районах вулканической активности. Получаемая от них электроэнергия самая дешевая по сравнению с другими электростанциями. Однако коэффициент полезного действия геотермальных электростанций невысок из-за низкой температуры воды, поступающей из недр на поверхность.

Эксплуатация геотермальных вод требует решения вопроса сброса и захоронения отработанных минерализованных вод, поскольку они могут оказать вредное влияние на окружающую среду.

Энергия Солнца

Этот вид энергии признается одним из наиболее экологически чистых и перспективных.

Преимущества солнечной энергии состоят в ее доступности, неисчерпаемости, отсутствии побочных, загрязняющих среду продуктов. К недостаткам следует отнести низкую плотность и прерывистость поступления на поверхность Земли, связанную с чередованием дня и ночи, зимы и лета, погодными изменениями.

В настоящее время солнечная энергия используется в ограниченных масштабах в жилых и других зданиях. Наиболее освоены устанавливаемые на крышах солнечные батареи, обеспечивающие дешевую горячую воду для бытовых нужд. Более 1 млн таких нагревательных приборов установлено в России, Японии, Австралии и других странах.

В настоящее время учеными разрабатываются пути и способы использования солнечной энергии для промышленных нужд, вплоть до создания станций в космосе. Вопрос этот очень сложный, и решение его возможно лишь в далекой перспективе.

Энергия ветра, морских течений и волн

Оба эти источника энергии чистые, использование их не загрязняет окружающую среду. Эти источники давно начали использоваться, эксплуатация их расширяется и будет расширяться в дальнейшем. Однако пока доля этих источников в энергоснабжении незначительна.

Необходима реализация комплексной программы использования разных видов энергии, включающей в себя развитие новых технологий, не загрязняющих биосферу. При этом главные и перспективные направления в энергетике - это солнечная, атомная, а в отдаленной перспективе - термоядерная энергетика.