Тем не менее по мощности ВЭУ Россия отстала от развитых стран Запада и даже Индии на несколько порядков. Так, установленная мощность ВЭУ, подключенных к электрическим сетям в 2000 г. в некоторых странах составляла (в МВт): Германия - 6113, Испания - 2250, США- 2554, Дания - 2140, Индия - 1167. В России мощность ВЭУ составляет всего 5 МВт.
Бурный прогресс ветроэнергетики в мире отражается объемом продаж ВЭУ, который ежегодно возрастает на 30%. Кроме того, быстро снижается средняя стоимость производства энергии ВЭУ. Так, в США с 1982 по 2001 гг. стоимость 1 кВт ч энергии ветряных турбин снизилась с 35 до 8 центов [9].
9.3.4. Геотермальная энергетика
Получение тепловой или электрической энергии за счет тепла земных глубин экономически эффективно там, где горячие воды приближены к поверхности земной коры - в районах активной вулканической деятельности с многочисленными гейзерами (Камчатка, Курилы, острова Японского архипелага). В Российской Федерации перспективным районом для развития геотермальной энергетики является также Северный Кавказ. На Камчатке работает ГеоТЭС мощностью 11 МВт и строится еще одна мощностью 200 МВт.
Сегодня геотермальная энергия в широких масштабах используется в США, Мексике и на Филиппинах. Доля геотермальной энергетики в энергетике Филиппин - 19%, Мексики - 4%, США (с учетом использования «напрямую» для отопления, т.е. без переработки в электрическую энергию) - около 1%. Суммарная энергия всех геотермальных электростанций (ГеоТЭС) США превышает 2 тыс. МВт. Геотермальная энергия обеспечивает теплом столицу Исландии Рейкьявик. Уже в 1943 г. там были пробурены 32 скважины на глубину от 440 до 2400 м, по которым к поверхности поднимается вода с температурой от 60 до 130 °С. Девять из этих скважин действуют по сей день.
Развитие геотермальной энергетики сдерживается ограниченностью числа районов, где она экономически эффективна. Кроме того, экологическую опасность представляют сильно засоленные воды, которые получаются при конденсации горячего пара.
9.3.5. Приливно-спливная энергетика
В некоторых странах накоплен опыт получения электрической энергии за счет использования энергии приливов и отливов. Приливно-отливные электростанции (ПЭС) подобны обычным ГЭС на реках, но «водохранилище» заполняется во время прилива. При этом лопасти турбины вращаются и при повышении уровня воды, и при понижении. На земном шаре сооружено только 30 ПЭС, так как для обеспечения их нормальной работы разница уровней прилива и отлива должна быть не менее 10 м. Опыт показывает, что ПЭС не нарушают экологического равновесия. Во Франции на реке Ран работает крупная ПЭС с мощностью 240 МВт, 25-летний опыт эксплуатации которой показал абсолютную экологическую чистоту таких сооружений: залив Се-Мало превратился в спокойное озеро, стал местом отдыха и туризма, плотина ПЭС имеет рыбоход и не влияет на миграцию рыб.
Первая ПЭС в России создана в Кислой губе Белого моря и имеет мощность 400 кВт. В конце 1960-х годов ПЭС построена в Магаданской области. Разработан проект строительства в Кунгурском заливе Японского моря ПЭС мощностью 6,2 тыс. МВт (что эквивалентно примерно трем АЭС, которые работают в России). Планируется отгородить плотиной залив площадью 900 км2, но при этом не будут залиты прибрежные районы и должна сохраниться природная экосистема. Кунгурская ПЭС по замыслу проектировщиков должна решить энергетические проблемы Хабаровского края.
Приливно-отливная энергетика не единственный вариант использования энергии океана. Уже появились первые электростанции, использующие энергию волн, в Японии, Великобритании, Норвегии (наиболее крупная создана в Норвегии и имеет мощность 500 кВт). Разрабатываются проекты использования тепловой энергии мирового океана и энергии крупных течений (Гольфстрим, Куросио). Есть проекты использования различий температуры поверхностных и глубинных вод океана для получения энергии.
9.3.6. Микрогилроэнергетика
Экологические недостатки, которые сопровождают строительство крупных ГЭС на равнине или в горах, отсутствуют при сооружении малых ГЭС. Возможно создание экологически безопасных ГЭС на больших реках, но при особом варианте свободнопроточных ГЭС с мощностью от нескольких десятков до нескольких сотен киловатт, позволяющих обходиться без строительства плотин. Кроме того, сооружаются рукавные микроГЭС. В Китае построено 60 тыс. мини-ГЭС, которые снабжают электроэнергией населенные пункты. Европейский союз до 2010 г. намерен довести установленную мощность малых ГЭС до 14 тыс. МВт, при этом их вклад в энергетический бюджет ЕС возрастет от 6 до 12%. Мощность этих малых ГЭС составляет 1-10 МВт.
В недалеком прошлом малые ГЭС были широко распространены в России. Например, в Республике Башкортостан, по архивным данным, в довоенные и послевоенные годы было построено более 200 малых ГЭС мощностью от 100 до 500 кВт. Однако в 1960-1970-е гг. от использования малых ГЭС отказались, что было ошибкой. Микроводохранилища-пруды способствовали поддержанию водного режима рек и были стациями для водоплавающих птиц и рыб.
Программы строительства малых ГЭС ныне приняты в ряде регионов Российской Федерации, так как с малыми реками связано до 1/3 энергетического потенциала ее водных ресурсов. Малые ГЭС позволяют децентрализовать производство энергии и решить проблемы энергетики Севера, Камчатки и других районов, где сегодня основным источником энергии остается завозное дизельное топливо, что очень дорого.
9.4. Атомная энергетика 9.4.1. География
Атомная энергетика - получение электрической энергии с использованием ядерных реакторов, на которых улавливается тепловая энергия радиоактивного распада ядерного «топлива» - обогащенного урана и некоторых других радиоактивных материалов.
Первое «ядерное электричество» было получено в США в 1952 г., с этого времени производство электроэнергии на атомных электростанциях (АЭС) неуклонно увеличивается, хотя после тяжелых аварий на АЭС в мире наблюдается осторожное отношение к этому варианту получения энергии. В настоящее время в 88 странах мира работает 437 ядерных энергоблоков и строится еще около 50. Характеристика атомной энергетики стран, в которых этот вариант получения энергии наиболее развит, приведена в табл. 9.5.
9.4.2. Плюсы и минусы
Главные аргументы в пользу развития атомной энергетики - это сравнительная дешевизна энергии и небольшое количество отходов. В пересчете на единицу производимой энергии отходы от АЭС в тысячи раз меньше, чем на угольных ТЭС (1 стакан урана-235 дает столько же энергии, сколько 10 тыс. т угля). Достоинством АЭС является и отсутствие выбросов в атмосферу диоксида углерода, которыми сопровождается производство электроэнергии при сжигании углеродистых энергоносителей.
Совершенно очевидно, что при нормальной работе АЭС экологический риск получения энергии несравненно ниже, чем в угольной промышленности (табл. 9.6).
По примерным расчетам, закрытие уже существующих АЭС потребовало бы дополнительно сжигать ежегодно 630 млн т угля, что привело бы к поступлению в атмосферу
Таблица 9.5
|
Характеристика атомной энергетики некоторых стран на апрель 2001 г. |
2 млрд т диоксида углерода и 4 млн т токсичной и радиоактивной золы. Замена АЭС на ТЭС привела бы к 50-кратному увеличению смертности от атмосферного загрязнения. Для из-
Таблица 9.6 Число преждевременных смертен, связанных с годом работы блока мощностью 1000 МВт в угольном и атомном топливном циклах [2]
|
влечения из атмосферы этого дополнительного диоксида углерода потребовалось бы посадить лес на площади, которая в 4-8 раз превышает территорию Германии.
У атомной энергетики есть серьезные оппоненты. Как неконкурентоспособную в силу высокой себестоимости электроэнергии (при учете расходов на обезвреживание отходов) ее рассматривает в последних работах Л. Браун [9]. Аргументами против развития атомной энергетики являются сложность обеспечения полной безопасности ядерного топливного цикла, а также риск аварий на АЭС (см. разд. 1.3; 1.4). Однако вероятность аварий на современных АЭС крайне низка. Так, в Великобритании она составляет не более чем 1:1 ООО ООО. В Японии строятся новые АЭС (в том числе и самая крупная в мире «Фукусама») в сейсмически опасных районах на берегу океана.
9.4.3. Перспективы
Исчерпание углеродистых энергоносителей, ограниченные возможности энергетики на основе ВИЭ и возрастающая потребность в энергии подталкивают большинство стран мира к развитию атомной энергетики, причем строительство АЭС начинается в развивающихся странах Южной Америки, Азии и Африки. Возобновляется ранее приостановленное строительство АЭС даже в странах, пострадавших от Чернобыльской катастрофы - Украине, Белоруссии, Российской Федерации. Возобновляется работа АЭС в Армении.
Повышаются технологический уровень атомной энергетики и ее экологическая безопасность. Уже разработаны проекты внедрения новых, более экономичных реакторов, способных расходовать на получение единицы электроэнергии в 4- 10 раз меньше урана, чем современные. Обсуждается вопрос об использовании в качестве «топлива» тория и плутония. Японские ученые считают, что плутоний можно сжигать без остатка, и АЭС на плутонии могут быть самыми экологически чистыми, так как не дают радиоактивных отходов (РАО). По этой причине Япония активно скупает плутоний, освобождающийся при демонтаже ядерных боеголовок. Есть аналогичные наработки и у российских «атомщиков». Однако для перевода АЭС на плутониевое топливо нужна дорогостоящая модернизация ядерных реакторов.
Меняется ядерный топливный цикл, т. е. совокупность всех операций, сопровождающих добычу сырья для ядерного топлива, его подготовку к сжиганию в реакторах, процесс получения энергии и переработку, хранение и захоронение РАО. В некоторых странах Европы и в России осуществляется переход к закрытому циклу, при котором образуется меньше РАО, так как значительная часть их после переработки дожигается. Это позволяет не только снизить риск радиоактивного загрязнения среды (см. раздел 1.4), но в сотни раз уменьшить расходы урана, ресурсы которого исчерпаемы. При открытом цикле РАО не перерабатываются, а захораниваются. Он более экономичен, но экологически не оправдан. По этой схеме пока работают АЭС США.
В целом вопросы переработки и безопасного захоронения РАО, видимо, технически разрешимы. В пользу развития атомной энергетики в последние годы высказывается и «Римский клуб», эксперты которого сформулировали следующее положение: «Нефть - слишком дорого, уголь - слишком опасно для природы, вклад ВИЭ - слишком незначителен, единственный шанс - придерживаться ядерного варианта».
(> Устойчивое развитие: ввотный kvpt
В заключение обсуждения перспектив развития энергетики приведем табл. 9.7, в которой показана площадь, необходимая для электростанций, работающих на разных энергоносителях.
Таблица 9.7 Площади отчуждаемых земель (в среднем), необходимые для производства 1 МВт электроэнергии в год на электростанциях разного типа [39]
|
9.5. Энергосбережение
Энергосбережение - это важнейший дополнительный знергосырьевой источник, один из важных элементов стратегии создания общества устойчивого развития. За последние 20 лет удельное энергопотребление в мире на единицу ВВП уменьшилось более чем на 25%. Необходимо дальнейшее энергосбережение во всех сферах жизни: в промышленности, на транспорте, в сельском и жилищно-коммунальном хозяйстве.
Энергосбережение в промышленности. Эта область хозяйства обладает воистину неисчерпаемыми ресурсами энергосбережения. Оно включает:
• использование энергосберегающих технологий. Так, к примеру, в металлургии переход от мартеновского способа плавки стали к конверторному способу позволяет затрачивать на производство 1 т готового продукта в 2 раза меньше энергии. Во многих случаях энергосбережение достигается за счет использования вторичных ресурсов. Так, в 10 раз меньше тратится энергии, если сталь выплавляется не из чугуна (а тот - из руды), а из металлолома. В 3 раза меньше затрачивается энергии на производство стекла из битой посуды, по сравнению с процессом варки его из первичного сырья;
• снижение тепловых потерь при децентрализации производства электроэнергии. Небольшие блок-ТЭЦ мощностью от 100 кВт до 10 МВт, расположенные в подвальных этажах жилых зданий, позволяют использовать тепловые отходы для отопления. Блок-ТЭЦ вызывают незначительное загрязнение атмосферы;
• оптимизацию территориальной структуры производства и уменьшение длины перевозок: переработка металлолома без транспортировки на металлургические комбинаты, замена больших хлебозаводов мини-пекарнями, гигантов пивоваренной промышленности мини-пивоварнями и т.д.
Энергосбережение на транспорте. Этот ресурс энергосбережения может быть реализован путем экологизации автомобильного транспорта (см. разд. 13.2) и повышения КПД тепловозов, теплоходов, электровозов, самолетов и т.д.
Энергосбережение в сельском хозяйстве. Возможно существенное уменьшение затраты антропогенной энергии на каждую единицу производимого сельскохозяйственного продукта. Высокий потенциал энергосбережения может быть раскрыт при:
• полном использовании биологического потенциала аг- роэкосистем (биологическая азотфиксация, органические удобрения, использование в качестве корма всех отходов растениеводства, получение биогаза из навоза для обогрева животноводческих помещений, сухое земледелие, разведение холодостойких пород животных и т.д., см. разд. 10.4);
• использовании новой сельскохозяйственной техники (более легкой, с широкозахватными и комплексными агрегатами, снижающими количество проходов техники по полю);
• внедрении энергосберегающих технологий обработки почвы (безотвальной и особенно минимальной обработки) и первичной переработки сельскохозяйственной продукции (сушка зерна, хранение овощей и фруктов и т.д.);
• уменьшении транспортных расходов за счет приближения ферм к полям, переработки и хранения сельскохозяйственной продукции непосредственно в хозяйстве.
Энергосбережение в жилищно-коммунальном хозяйстве.
Много энергии можно сэкономить в быту, так как большую часть энергии человек затрачивает на систему жизнеобеспечения (энергия пищи составляет не более 5-7%). Так, флуоресцентная лампочка мощностью в 18 Вт дает столько же света, сколько лампочка накаливания в 75 Вт. Замена ими ламп накаливания позволит сократить потребление электроэнергии на освещение примерно в 4 раза. Кроме того, новые лампочки в 7 раз долговечнее, чем старые, что позволит экономить и ресурсы.
Теплоизоляция стен даже в самых холодных районах позволит резко сократить расходы энергии на обогрев жилья. Вместо печи будет достаточно одного небольшого электронагревателя. Имеется принципиальная возможность сократить примерно в 2 раза расход электроэнергии при использовании холодильников, телевизоров и т.д. Сегодня самым жестким является шведский стандарт, который допускает теплопоте- ри зданий не более 50-60 кВт ч/год на 1м2, а в Германии он равен 200. В принципе можно сократить порог теплопотерь до 15 кВт ч/год.
В США в 1972 г. энергопотребление среднего холодильника составляло 336 кВт ч/год, в 1993 г. стандарт был снижен до 116 кВт ч/год. В Дании сегодня это значение составляет 45, причем планируется его уменьшение до 26 [12].
Весьма любопытно, что в развивающихся странах, где основными источниками энергии являются некоммерческие (в первую очередь древесина), ставится вопрос об улучшении конструкций домашних очагов. При открытых очагах КПД использования энергии составляет всего 10 %, более совершенная закрытая конструкция очагов позволяет повысить КПД в 2-3 раза, что способствует сохранению лесов.
Возможности энергосбережения весьма велики, что можно проиллюстрировать табл. 9.8, в которой показана энергоемкость ВВП в разных странах.
Данные таблицы свидетельствуют, что ресурсы энергосбережения особенно велики в России, где на единицу ВВП затрачивается энергии в 2-3 раза больше, чем в развитых странах. Трудно даже представить, какую экономию энергии мож-
Таблица 9.1
Показатели энергоемкости производства (1т нефтяного эквивалента на 100 долларов ВВП) в некоторых странах мира
|
Страна
Япония Англия Германия франция
Энергоемкость
0,17 0,20 0,21 0,21
Страна
Энергоемкость 0,22 0,28 0,36 0,61 |
Норвегия США Канада Россия
|
но получить при ликвидации расточительства тепла в жилищах россиян. Однако следует учитывать, что в России значительное количество энергии затрачивается на компенсацию холодного климата.
Контрольные вопросы
1. Охарактеризуйте структуру современного энергетического бюджета мира.
2. Как будет меняться энергопотребление в ближайшем будущем в развитых и развивающихся странах?
3. Каков прогноз структуры энергетики будущего?
4. Какие варианты гелиоэнергетики используются в мире и каковы их перспективы?
5. Расскажите о современном состоянии и перспективах ветроэнергетики.
6. Каков потенциал геотермальной энергетики?
7. Расскажите об опыте использования энергии приливов и отливов.
8. Какие преимущества имеет малая гидроэнергетика над макрогидроэнергетикой?
9. Какие страны являются лидерами по производству атомной энергии?
10. Каковы плюсы атомной энергетики?
11. В чем заключается опасность атомной энергетики?
12. Каково ваше видение перспектив развития атомной энергетики?
13. Расскажите об основных направлениях энергосбережения.
ГЛАВА 10
Обеспечение продовольствием
Продовольственная безопасность заключается в обеспечении в достаточном количестве продуктами питания населения отдельной страны или всего мирового сообщества в целом. При этом продовольственная безопасность предполагает не только обеспечение продуктами питания ныне живущего поколения, но и сохранение такой же возможности для поколений потомков. Она зависит от производства сельскохозяйственной продукции и от численности народонаселения. Кроме того, важную роль в обеспечении продовольственной безопасности многих стран играет рыбный промысел (а также промысел некоторых других морепродуктов - криля, креветок, омаров, крабов, устриц и др.).
Сторонники разных сценариев устойчивого развития по- разному видят решение проблемы продовольственной безопасности. Так, сторонники сциентистского сценария, например И.И. Гительзон, считают возможным прокормить 50 млрд человек за счет создания высокоинтенсивных замкнутых систем, в которых поддерживается высокий уровень ресурсов и из которых нет оттока загрязняющих веществ в окружающую среду. Таких же взглядов придерживался А.Д. Сахаров (см. разд. 7.1). Консервационисты, напротив, возлагают надежды на экологически чистое, «без химии», сельское хозяйство (например, А.В. Яблоков). Очевидно, что оба варианта решения проблемы продовольственной безопасности нереальны. В первом случае требуется недостижимо большое количество энергии, во втором - не учитывается отток элементов питания из аг- роэкосистем в города.
Реальным путем решения проблемы продовольственной безопасности может быть лишь компромиссный вариант - умеренное использование удобрений и пестицидов при максимальной активизации биологического потенциала агроэкосистем.
В последние годы содержание проблемы «продовольственная безопасность» расширилось, и в лексиконе экономистов и экологов появилась аббревиатура САРД (транскрипция английской аббревиатуры SARD - Sustainable Agriculture and Rural Development - устойчивое развитие сельского хозяйства и сельских территорий, [78]). Таким образом, обеспечение продовольствием связано с проблемой улучшения жизни сельского населения.
10.1. Современное состояние
Динамика производства зерна. Главным показателем продовольственной безопасности является количество зерна, приходящегося на душу населения. Нормативом является 300 кг/год (для вегетарианских стран он снижается на 100 кг). В настоящее время продовольственная безопасность в глобальном масштабе в целом обеспечивается. Однако ввиду продолжающегося роста народонаселения, исчерпания потенциала земель, которые могут быть освоены в пашню, и замедления темпа роста урожая зерновых, наметившегося в 1990-е гг., ситуация в мире ухудшается (табл. 10.1). Если за период 1950-1984 гг. производство зерна на душу населения повысилось на 38%, то в 1984-2000 гг. оно уменьшилось на 11% [9].
Таблица 10.1 Динамика посевных площадей под зерновыми культурами и производства зерна в мире в период 1950-1998 гг. на душу населения [34]
|
Урожайность зерновых культур. Этот показатель является важнейшей характеристикой системы производства продовольствия. Он зависит от благоприятности климатических условий, плодородия почв и уровня развития сельского хозяйства (количества удобрений, норм полива, качества высеваемого материала). По этой причине урожайность зерновых в разных странах неодинакова (табл. 10.2).
Таблица 10.2 Урожайность пшеницы в основных производящих странах, 1997 г.
|
Урожайность полей Казахстана иначе, как трагической, не назовешь. Такие низкие сборы зерна эта страна получает даже после того, как выведена из пахотного использования половина почв, сильно нарушенных эрозией. Таковы плачевные итоги антиэкологичной кампании освоения целины!
С 1950 по 1990 гг. продуктивность земель в мире возросла в 2,4 раза (с 10 до 25 ц/га), но сегодня этот процесс резко замедлился. В США скорость приростов снизилась с 4 до 1%. Еще больше снизился темп роста урожаев в Китае - до 0,7%. Во многом это связано с тем, что в большинстве стран мира превышена «физиологическая емкость» растений по отношению к удобрениям: снизилась их окупаемость урожаем. Кроме того, при внесении высоких доз удобрений разрушаются почвы и загрязняется среда. Это подтолкнуло к уменьшению доз минеральных удобрений в США, Европе, Японии. В Китае потребление удобрений не снижается и приближается к верхнему экологически допустимому пределу (400 кг/га действующего вещества). В целом в мире в период 1950-1990 гг. количество вносимых удобрений снизилось со 150 до 125 млн т, что создает дополнительные сложности для решения проблемы продовольственной безопасности.
Рост земельного дефицита. В мире нарастает дефицит пашни, так как происходит разрушение пахотных почв эрозией, и их приходится выводить из сельскохозяйственного использования. Даже в США с 1991 по 1995 гг. площадь пашни снизилась с 123 до 91 млн га. Это привело к тому, что 14 млн га, которые правительство в 1980-е гг. выкупило у фермеров для восстановления (они были засеяны травами и засажены лесом), в 1995 г. было решено вернуть в активное сельскохозяйственное использование. Однако львиная доля этих земель - ветланды и другие непродуктивные земли, и потому эта акция не даст особого успеха [9]. Полностью выведена из строя эрозией половина казахстанской целины (25,5 млн га, т.е. больше площади земель под яровой пшеницей в Канаде и Австралии). В развивающихся странах Африки эродированные земли остаются в пахотном использовании, но дают всего по 5 ц/га зерна.
Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 31 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |