Основи екології - Олійник Я. Б. - 6.1. Світова енергетична криза та шляхи її подолання
Енергетика є основою усього світового господарства. Приблизно чверть усіх споживаних енергоресурсів витрачається у електроенергетиці. Інші 3/4 - це промислове і побутове тепло, транспорт, металургійні і хімічні процеси. Щорічне споживання енергії у світі невпинно зростає, адже стабільний прогрес економіки не можливий без постійного розвитку енергетики.
Життя - це передусім енергія, і історія розвитку цивілізації - це історія оволодіння технологіями одержання енергії. Первісна людина почала з використання відновних джерел енергії. Спочатку це була енергія спалення дров та іншої целюлозовмісної органіки, а також мала енергетика млинів і вітряків. Але технічна революція стала можливою лише за умови переходу до невідновних (традиційних) джерел, на першому етапі - вугілля, на другому етапі - нафти й газу.
Протягом майже всієї історії людства головним джерелом енергії була ручна праця. Деякою мірою вона доповнювалася енергією домашніх тварин, води та вітру. Але тварини не можуть довго працювати без перерви, застосування водних коліс потребує наявності водойм, а вітряки крутяться не завжди та з мінливою швидкістю.
До початку XVIII ст. вже було винайдено багато машин. Основною перешкодою до їх застосування була нестача рухомої сили. Винахід парового двигуна наприкінці XVIII ст. став переломним моментом, який призвів до Промислової революції. Спочатку основним паливом для парових двигунів були дрова. Пізніше, із зростанням потреб в енергії та зведенням лісів, дрова було замінено на вугілля. Наприкінці XIX ст. саме вугілля стало головним енергоресурсом людини. Але видобування вугілля небезпечне, його незручно перевозити, а при спалюванні воно сильно забруднює атмосферу.
Тому на початку XX ст. на зміну вугіллю прийшла нафта. Люди опанували буріння нафтових свердловин, навчилися переганяти нафту до бензину, дизельного пального та мазуту, винайшли двигун внутрішнього згоряння. Порівняно з вугіллям, нафтопродукти простіше транспортувати, а при їх згорянні отримується менше відходів, серед яких немає попелу. Крім того, енергоємність бензину (тобто кількість енергії, що виділяється при спалюванні одиниці маси) значно вище, ніж у вугілля. Тому у середині 50-х років XX ст. нафтопродукти стали найпоширенішим енергоресурсом людства. Природний газ (метан), який видобувається разом з нафтою або під час нафторозвідувальних робіт, при згорянні дає ще менше, ніж нафта, побічних продуктів та не розтікається поверхнею землі. Тому з погляду екології природний газ є найчистішим пальним.
Також у першій половині XX ст. з'явилася електрика. Але вона є вторинним енергоресурсом, тобто для її отримання потрібен первинний - вугілля, нафта, ядерне паливо. І у 60-ті роки минулого століття ще одним джерелом енергії стає ядерне паливо, яке нині перебуває на другому місці за значенням в енергоресурсах техносфери. Головним джерелом його є викопний уран, більша частина якого у літосфері дуже розсіяна.
Серед усіх напрямків використання людиною паливно-енергетичних ресурсів (ПЕР) можна виділити такі найголовніші:
- транспорт;
- промисловість - металургія, хімічний синтез, виготовлення готових виробів;
- температурний контроль - опалення та охолодження приміщень, гаряче водопостачання;
- виробництво електроенергії, необхідної для роботи електромоторів, освітлення, побутової та промислової електроніки.
Головним споживачем нафтопродуктів залишається транспорт; ядерне паливо слугує лише для виробництва електрики і не може використовуватися на транспорті. Поява нового джерела енергії не виправить становища, якщо енергію з цього джерела не можна буде використовувати там, де сьогодні використовують нафту. Отже, головною енергетичною проблемою у світі є проблема виснаження запасів нафти"
У 70-ті роки XX ст. багато економічно розвинених країн вступили у смугу так званої "енергетичної кризи", тобто відставання темпів видобування нафти від темпів її споживання. У результаті почався активний пошук шляхів економії енергії та її альтернативних джерел. У наш час невідповідність видобування енергоресурсів їхньому споживанню ще більша - ми споживаємо значно більше, ніж виробляємо. Загальне енергоспоживання має такий вигляд: нафтопродукти - 44 %, природний газ - 21 %, вугілля - 22 % у ядерне паливо, гідростанції та інші енергоресурси - 13 %.
Родовища викопних видів палива на планеті розташовані дуже нерівномірно. Близько третини потенційних світових запасів вугілля і газу та більше 20 % нафти знаходяться у Росії. Близько 35 % нафти і 17 % газу зосереджено на Середньому Сході. Великий потенціал вугілля, газу й нафти має Північна Америка. Ці три регіони володіють майже 70 % розвіданих світових запасів викопного палива. Ще не повністю оцінені великі поля родовищ нафти й газу, розташовані в районах континентального шельфу морів Північної півкулі.
Друге місце за значенням в енергоресурсах техносфери посідає ядерне паливо, головним джерелом якого, як уже було зазначено, є викопний уран. Як свідчать дані Світової енергетичної конференції, загальні геологічні рудні запаси урану становлять 20,4 млн т, у т. ч. розвідані - 3,3 млн т. Вміст урану в породах більшості родовищ коливається від 0,001 до 0,03 %, тому доводиться здійснювати інтенсивне рудне збагачення. На сьогодні у світі працюють більше 440 реакторів атомних електростанцій (АЕС) із сумарною тепловою потужністю близько 1200 ГВт. Вони споживають за рік близько 60 тис. т урану і додають 10 % до загального техногенного виділення теплоти від використання невідновних енергоресурсів. Техніка термоядерного синтезу поки що не є реальним ресурсом техносфери.
У цьому ключі варто розглянути деякі аспекти розвитку ядерної атомної енергетики. Як відомо, за часів Радянського Союзу на його території ядерні реактори будували лише для виробництва плутонію для ядерної зброї. Водночас вони виділяли багато тепла, але його не використовували. Коли подібних "військових" реакторів спорудили вже достатньо, радянські вчені отримали дозвіл на створення реакторів, які б, окрім плутонію, могли виробляти й електричну енергію.
Якщо у США та інших розвинених країнах стихійний ринок примусив виробників шукати кращий і безпечніший варіант енергетичного реактора, то у Радянському Союзі використання "мирного атома" розпочалося з пристосування реакторів підводних човнів до умов атомних електростанцій. Цей тип реактора в СРСР називали "канальним", а за кордоном - "радянським". Усі закордонні ядерні реактори мали дві або три лінії захисту, завданням яких було виключити можливість проникнення у довкілля радіонуклідів у випадку пошкодження або аварії реактора. Ці захисні споруди мали зовні вигляд великого залізобетонного циліндра, тому називались "корпусними реакторами".
Цікавий факт, що за кордон СРСР продавав "канальні" реактори з не дуже міцним, але з укриттям, а от на власній території з міркувань здешевлення та прискорення будівництва АЕС його не використовували. Корпусні реактори так і не були масово застосовані в СРСР з таких причин: простим збільшенням кількості каналів "радянський" реактор можна було зробити найпотужнішим (а одночасно і найнебезпечнішим) у світі, а здатні до виробництва корпусних реакторів заводи були перевантажені виробництвом зброї.
Незважаючи на все це, треба сказати і про деякі переваги ядерної енергетики. Як відомо, основний процес сучасних АЕС - кероване розщеплення, за якого енергія повільно вивільняється у вигляді тепла. Тепло використовується для кип'ятіння води і отримання пару, що приводить у дію звичайні генератори. Якщо порівняти роботу теплоелектростанції (ТЕС) та АЕС однакової потужності (наприклад, 1000 МВт) протягом року, то виявляться такі розбіжності:
- потреби у пальному: для ТЕС необхідно 3,5 млн т вугілля; для АЕС - 1,5 т збагаченого урану, що відповідає 1 тис. т уранової руди;
- виділення вуглекислого газу: у результаті роботи вугільної ТЕС до атмосфери надходить більше 10 млн м3 вуглекислого газу. АЕС взагалі вуглекислого газу не виділяє;
- двоокис сірки та інші компоненти кислотних дощів: викиди цих сполук на ТЕС становлять більш ніж 400 тис. т; на АЕС вони взагалі не утворюються;
- тверді відходи: радіоактивні відходи на АЕС становлять близько 2 т, а на ТЕС утворюються майже 100 тис. т золи.
Найголовнішими проблемами ядерної енергетики є радіоактивні відходи та ймовірність аварій на АЕС.
Прогнозувати ресурси викопного палива доволі складно через надто непевні передбачення щодо темпів розвідування і збільшення витрат енергії. Якщо взяти за основу дані російського академіка Є. П. Веліхова (1999) про розвідані обсяги вугілля, нафти і газу і прогнозовані витрати на 2020 p., то запасів газу мало б вистачити ще на чверть століття, нафти - на 40 років, а вугілля - на 175 років.
Таким чином, людство поставлене перед необхідністю шукати нові джерела добування енергії. Інша потреба у такому пошуці - більшість енергії нині одержується із джерел і за технологіями, які забруднюють навколишнє середовище. Коли країнам забракло власних запасів енергоносіїв і вони почали експортувати їх, важливим чинником стали політичні важелі. Нарешті, концентрація промисловості і різке погіршення умов проживання населення внаслідок забруднення довкілля значно посилили вагомість екологічних факторів. Саме вони стають вирішальними у пошуках нових енергетичних технологій.
Атомна енергетика, на яку покладали великі надії, вже друге десятиліття не може вийти з кризового стану. Після Чорнобильської катастрофи завдяки потужним зусиллям фахівців АЕС стали достатньо безпечними і надійними, що нині є головною запорукою функціонування атомної енергетики. З іншого боку, ретельне дотримання правил експлуатації дає змогу атомній енергетиці відповідати нормативним вимогам щодо охорони довкілля. Моніторинг свідчить, що у районах, прилеглих до АЕС, радіаційний фон не перевищує природних величин. За екологічними показниками урановий паливний цикл може бути прирівняний до циклу газових електростанцій, він суттєво нижчий за цикл на мазуті, а тим більше за цикл на вугіллі. АЕС не прив'язана до паливних джерел, тобто витрати на транспортування уранових паливних елементів не становлять суттєвої частки у загальній собівартості отриманої енергії.
Проте, крім потенційної аварійності, у "чорному списку" атомної енергетики є й кілька інших "записів". Це, наприклад, питання утилізації радіоактивних відходів, нагромадження яких триває. Енергоблоки, що працюють нині на АЕС, старіють, наближаються терміни їх виведення з експлуатації. І хоча сьогодні у світовій практиці обгрунтовується подовження строку експлуатації енергоблоків першого покоління до 40 років, а другого покоління - до 50 років, ядерна енергетика втратила свою перевагу у прогностичних оцінках нових генеруючих потужностей у більшості країн, внесених до звіту Агентства з атомної енергії (ОЕСР) та Міжнародного енергетичного агентства (МЕА). Виробництво електроенергії на АЕС вже не є абсолютно вигідним, як це було ще десять років тому. Дедалі більше посилюється рух за абсолютну відмову від АЕС. На політичному рівні такі рішення прийняті вже у Швеції та Німеччині. Нарешті, навіть за найоптимістичнішими прогнозами при нинішній технології повільних нейтронів наявних запасів урану вистачить не більше, ніж на 100 років. Цим пояснюється стагнація у розвитку атомної енергетики в останньому десятилітті. Лише у двох країнах частка електроенергії, яку отримують на АЕС, перевищує 75 % (Литва і Франція), ще у 10 країнах (Швеція, Україна, Словаччина, Болгарія, Корея, Швейцарія, Словенія, Японія, Угорщина та Іспанія) ця частка перевищує 30 %.
Найбільш чистою галуззю енергетики вважається гідроенергетика, оскільки у процесі роботи гідроелектростанцій (ГЕС) не забруднюється довкілля. До того ж гідроелектроенергія є однією з найдешевших. Це надзвичайно важливий компонент енергосистем, тому що він дозволяє завдяки переривчастому режиму роботи гідроелектростанцій гасити пікові навантаження в енергосистемі. Водночас резерви екологічно доцільного потенціалу гідроенергії у провідних країнах вважаються практично вичерпаними. Не слід також забувати, що будівництво ГЕС завжди пов'язано з більшим чи меншим втручанням у навколишнє середовище і необхідністю використання значних обсягів металу, цементу тощо, виробництво яких також негативно впливає на довкілля.
Отже, основою електроенергетики світу поки що є теплова енергетика, тобто ТЕС, у яких використовується органічне паливо (вугілля, мазут, природний газ). Нові розробки щодо підвищення економічності та безпеки ТЕС для довкілля спрямовані як на покращення технічних показників топок, застосування киплячого шару тощо, так і на використання комбінованого паро-газового циклу, що дає можливість суттєво підвищити ККД. Використання газу дозволяє значно зменшити кількість небезпечних викидів у навколишнє середовище, однак внаслідок обмеженості ресурсів та інших причин газ спалюють переважно у години пікових навантажень.
Неможливість відмовитися від спалювання на ТЕС вугілля, яке є найбільшим забруднювачем довкілля, може бути компенсована застосуванням нових технологій газифікації вугілля. Широкому впровадженню останніх заважають високі витрати капіталу. У розвинутих країнах застосовується практика комбінованого використання різних типів палива. Перша комерційна парогазова установка з прямоточним котлом-утилізатором була введена в експлуатацію у 2000 р. на ТЕС. Вона розрахована на спалювання зрідженого природного газу і приблизно на 40 % економічніша за інші, має нижчі викиди С02 і концентрацію оксидів азоту у газах завдяки денітрифікаційній станції. Тоді як головною тенденцією енергетики провідних країн світу є перехід на парогазові турбіни, що працюють на газі, поступове падіння частки вугілля стало головною проблемою енергетиків. Але і американські, і європейські спеціалісти розуміють, що тривале забезпечення їхніх країн електроенергією має базуватися на використанні вугілля, запаси якого суттєво перевищують запаси природного газу.
Таким чином, статус-кво, що склався останнім часом між основними постачальниками енергоносіїв, не може бути тривалим, оскільки потреби в енергії зростають, передусім за рахунок країн, що розвиваються. Гідроенергетичні ресурси обмежені. Широко впроваджена атомна технологія не має підтримки у населення, а також використовує уран, ресурси якого обмежені. Проблема обмежених ресурсів викопного органічного палива ще гостріша, тому що найбільш цінне енергетичне джерело - газ - має вичерпатись у першу чергу. З іншого боку, використання органічного палива спричинює значні викиди у довкілля як С02 (небезпека глобального потепління), так і токсичних SO2 і NOх, а також пилу. Це і є головні причини виникнення глобальної енергетичної кризи.
Увесь світ сьогодні шукає шляхи виходу із цієї енергетичної кризи, тобто інші джерела одержання енергії, а також розробляє новітні технології використання джерел традиційних.
Схожі статті
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.6.3. Руйнування озонового шару атмосфери
Відкритий характер атмосфери як системи обумовлює можливість тісних зв'язків її з підстильною поверхнею, біосферою та Космосом. Вплив космічних,...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 4.4.1. Великий і малий кругообіги речовин та енергії
У біосфері, як і у кожній підпорядкованій їй екосистемі, між собою та з навколишнім середовищем взаємодіють продуценти, консументи, детритофаги і...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 4.4. Кругообіги речовини та енергії у біосфері
У біосфері, як і у кожній підпорядкованій їй екосистемі, між собою та з навколишнім середовищем взаємодіють продуценти, консументи, детритофаги і...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.5. Водні ресурси
Вода - основний складник усіх живих організмів (тіло людини, наприклад, на 70 % складається з води, а деякі організми, такі як медуза або огірок, - на...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.4.1. Грунти та їх значення в агроекосистемах
Грунти є природними утвореннями, які характеризуються родючістю - здатністю забезпечувати рослини речовинами, необхідними для їх життєдіяльності, а також...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.7.1. Рослинні ресурси
Рослинні ресурси - це всі рослинні організми (вищі рослини, гриби, мохи, лишайники, водорості), які ростуть на територіях і акваторіях та...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.3.1. Гірничопромислові ландшафти і рекультивація земель
Видобування мінеральної сировини призводить до формування специфічних антропогенних ландшафтів, які називають гірничопромисловими. Своєю площею вони...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 4.2. Основні властивості і глобальні функції живої речовини
Біосфера - це, з одного боку, сукупність живих організмів, що населяють планету, з іншого - сфера активної взаємодії атмосфери, гідросфери і літосфери....
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 1.2.1. Глобальна екологія та її підрозділи
1.2.1. Глобальна екологія та її підрозділи Як уже було зазначено, сучасна екологія використовує методи і досягнення практично усіх наук, вона стала...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 2.2.1. Харчові взаємовідносини в екосистемах
При вивченні біотичної структури екосистем стає очевидним, що одними з найважливіших взаємовідносин між організмами є харчові, або трофічні, зв'язки....
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 1.2.2. Новітні галузі екології
Сучасна екологія нині перебуває у стані постійного розвитку, пошуку нових наукових напрямів для вирішення різноманітних проблем, що виникають у процесі...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - Глобальна екологія
1.2.1. Глобальна екологія та її підрозділи Як уже було зазначено, сучасна екологія використовує методи і досягнення практично усіх наук, вона стала...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - Температура
Тепло - це форма кінетичної енергії, котра може перетворюватися на інші види енергії та передаватися від відносно більш нагрітого тіла до відносно більш...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - Світло
В основній класифікації усі екологічні фактори поділяють на три великі групи - абіотичні, біотичні й антропогенні (рис. 3.3). Абіотичними факторами...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.4.2. Основні причини погіршення якості земельних ресурсів
Порушення (руйнування) грунтів є складним комплексом антропогенних і природних процесів зміни фізико-хімічних та механічних характеристик грунту. Як...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 3.2.1. Абіотичні екологічні фактори
В основній класифікації усі екологічні фактори поділяють на три великі групи - абіотичні, біотичні й антропогенні (рис. 3.3). Абіотичними факторами...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.3.2. Відходи як вторинні ресурси
Одноразове використання матеріалів та ресурсів призвело до масового накопичення відходів та виробництва стійких забруднювачів природного середовища....
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 3.2. Класифікація екологічних факторів
В основній класифікації усі екологічні фактори поділяють на три великі групи - абіотичні, біотичні й антропогенні (рис. 3.3). Абіотичними факторами...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.3. Мінеральні ресурси
Мінеральні ресурси, утворені в надрах і на поверхні Землі, із стародавніх часів широко використовувалися людством, тому отримали назву корисні копалини....
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.2.2. Поняття екологічного потенціалу
Частиною ПРП є екологічний потенціал території - здатність природного середовища відтворювати певний рівень якості протягом тривалого часу. Сама ідея...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.1. Загальна характеристика і поділ природних ресурсів
Існують різні підходи до наукової класифікації природних ресурсів. Спочатку розглянемо добре відомий загальний поділ природних ресурсів за різними...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - Кругообіг біогенних катіонів - Nа, К, Са, Мg
Сірка входить до складу амінокислот, білків та інших складних органічних сполук. Головним джерелом сірки є розчинені у воді продукти вивітрювання...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - Кругообіг сірки
Сірка входить до складу амінокислот, білків та інших складних органічних сполук. Головним джерелом сірки є розчинені у воді продукти вивітрювання...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 3.1. Основні характеристики екологічних факторів
Усі умови середовища, необхідні для життя, впливають на організми, що визначається насамперед впливом на їхній обмін речовин. У зв'язку з цим всі...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 2.4. Стабільність та динамічність екосистем
З усього викладеного вище можна зробити висновок, що кожна екосистема є динамічною структурою із сотень і навіть тисяч продуцентів, консументів,...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.7.3. Заходи з охорони і відтворення біологічних ресурсів
Охорона біологічних ресурсів здійснюється різними шляхами. Найбільш відомою є так звана пасивна охорона, тобто збереження видів тварин і рослин, які...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - Клімат
Тепло - це форма кінетичної енергії, котра може перетворюватися на інші види енергії та передаватися від відносно більш нагрітого тіла до відносно більш...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.6.2. Парниковий ефект і глобальне потепління клімату
Одночасно із забрудненням атмосфери зростає й виділення техногенного тепла від спалювання палива та використання електричної енергії, а це є дуже...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 5.5.1. Забруднення Світового океану
У результаті діяльності людей гідросфера змінюється: кількісно (зменшення кількості води, придатної для використання) та якісно (забруднення). Проблема...
-
Основи екології - Олійник Я. Б. - 1.2. Структура сучасної екології
1.2.1. Глобальна екологія та її підрозділи Як уже було зазначено, сучасна екологія використовує методи і досягнення практично усіх наук, вона стала...
Основи екології - Олійник Я. Б. - 6.1. Світова енергетична криза та шляхи її подолання