Энергия всегда играла и продолжает играть важную роль в жизнедеятельности человеческого общества. Все виды деятельности человека связаны с затратами энергии. Переход человечества к освоению новых видов топлива для получения необходимой для промышленного производства энергии связан с так называемыми "промышленными революциями". Эти промышленные революции, которые человек целиком относит на свой счет, не смогли бы произойти без запасов энергии, законсервированной растениями в ископаемом топливе. Погибая, растения аккумулировали энергию в отложениях каменного угля, торфе и даже нефти.
Первая такая промышленная революция, которая в XIX в. полностью преобразовала аграрные страны Европы, а затем и Америки, произошла в результате перехода от древесного топлива к ископаемому угольному. Позже уголь постепенно заменили нефть и природный газ. Потом пришла эра электричества. Открытие электричества оказало огромное влияние на жизнь человечества и содействовало зарождению и росту крупнейших городов мира.
Применение нефти и природного газа в сочетании с развитием электроэнергетики, а затем и освоение энергии атома позволили промышленно развитым странам осуществить грандиозные преобразования, итогом которых стало формирование современного облика Земли.
Энергия неразрывно связана с повседневной жизнью каждого человека. Проблемы энергетики затрагивают все слои человеческого общества. Рассматривая энергию как таковую, весьма важно различать различные ее виды на определенных стадиях преобразования и использования.
Прежде всего это первичная энергия, которая содержится в первичных природных источниках. В качестве такого источника можно рассматривать воду, падающую через плотину. Источниками первичной энергией являются также каменный уголь, нефть, природный газ, природный уран. Иногда первичная энергия может выступать в роли конечной энергии, то есть энергии, непосредственно обеспечивающей энергетические нужды потребителя. Одним из источников такой энергии, является природный газ.
В большинстве случаев первичная энергия преобразуется во вторичную энергию. Примерами источников вторичной энергии служат электричество и бензин.
Способы преобразования первичной энергии во вторичную могут быть разными. В одном случае она может преобразовываться на тепловых электростанциях (энергия падающей воды превращается в электрическую), и нефтеперерабатывающих предприятиях, где нефть преобразуется в более удобные виды энергии - бензин, керосин, дизельное топливо, лигроин. В другом случае это может быть атомная электростанция, где используется энергия расщепленного ядра. Необходимо помнить, что при любом преобразовании первичной энергии во вторичную происходят ее потери, так же как и при доставке энергии потребителю.
Вторичная энергия в форме конечной энергии используется человеком в свечении электрической лампочки, работе кофемолки, компьютера или мотора.
Последний этап, - превращение конечной энергии в полезную, т.е. в энергию, которая фактически переходит в продукцию или используется в обслуживании.
В настоящее время на каждого из живущих на земле людей приходится около 3 кВт энергии. Для сравнения: электрокамин с одной спиралью обычно потребляет 1 кВт. Однако это потребление энергии неодинаково в различных районах мира. Наиболее высоко оно в странах Северной Америки и Европы. В развивающихся странах потребление энергии составляет около 500 Вт (1 кВт = 1000 Вт), а промышленно неразвитые страны живут на уровне потребления менее 100 Вт на человека.
Основным источником энергии в современном мире является ископаемое топливо. Оно состоит из остатков растений, произраставших в доисторическую эпоху. Энергия ископаемого топлива заключена в химических связях, которые образовались под воздействием энергии Солнца растениями прошлых эпох при посредстве реакции фотосинтеза. Ископаемое топливо - это главным образом углерод в сочетании с другими элементами.
До недавнего времени основным источником ископаемой энергии был уголь. Его образно называют "похороненным солнечным светом". Подавляющая часть угля образовалась 210-280 млн лет назад в так называемый каменноугольный период, когда происходило химическое преобразование гигантских масс отмерших трав и деревьев. Пятьдесят лет назад уголь обеспечивал почти все энергетические потребности человечества. Его залежи сосредоточены в основном в странах бывшего СССР, США и Китая. Здесь сосредоточено около 88% известных запасов угля. Считается, что в настоящее время запасы угля в четыре раза превышают количество уже добытого сырья. Подсчитано, что мировые залежи каменного угля обладают энергетическим потенциалом, в 25 раз превосходящим нефтяной. Сейчас уголь покрывает мировые потребности в энергии примерно на 30%. Если предположить, что человечество откажется от всех других источников энергии и будет использовать только каменный уголь, то его хватит еще примерно на 200 лет.
По мнению специалистов, в будущем широкое применение угля будет связано с его газификацией - получением топлива в виде синтетического метана и синтетической нефти. Это в значительной мере повысит конкурентоспособность угля как заменителя нефти и природного газа.
Наилучшим видом ископаемого топлива является нефть. Однако ее запасы постепенно уменьшаются. В настоящее время в мире уже использована треть известных и доступных для добычи запасов нефти, а в США - половина.
Более долгое будущее, нежели нефть, вероятно, будет иметь природный газ. До настоящего времени было использовано примерно около 40% известных его запасов. Согласно подсчетам ‑ энергоэквивалент подтвержденных запасов газа составляет примерно 2/3 запасов нефти. Поскольку в настоящее время нефти потребляется примерно в 2,5 раза больше, чем газа, то последнего должно хватить на значительно больший период времени. Прогнозируется, что максимальный уровень мировой добычи газа будет достигнут в 2030 г.
Еще одним источником энергии являются горючие сланцы и битуминозные пески. Добываемая нефть может представлять собой не жидкость, а довольно вязкую массу. В этом случае порода именуется битуминозным песком. Если же нефть смешана с мелкими частицами, которые лишают ее текучести, то такая порода носит название горючих сланцев. Месторождения горючих сланцев преимущественно сосредоточены в Северной Америке (70%) и в Латинской Америке (25%), Битуминозных песков - в Канаде, Южной Америке, Сибири и Нигерии. Их запасы приближаются к запасам природного газа. Получаемое из них топливо сравнительно дорогое, поскольку и сланцы, и пески требуют предварительной термической обработки. Прогнозируется, что максимум добычи этого ископаемого топлива будет приходится на 2010 г.
8.13. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГЕТИКИ, ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Из всех вмешательств человека в природу наиболее широкомасштабным и опасным можно считать применение реакции деления ядра. Ионизирующая радиация стала одним из самых серьезных факторов загрязнения окружающей среды.
В настоящее время в мире эксплуатируется более 400 энергоблоков в 25 странах. В стадии строительства до 1986 г. находилось примерно 200 реакторов. Катастрофа на ЧАЭС внесла свои коррективы в прогноз роста мощностей АЭС. Тем не менее развитие ядерной энергетики продолжается.
Чтобы получать то количество энергии, которое сейчас производят атомные электростанции, используя уголь и нефть, потребовалось бы дополнительное количество угля, равное тому, что ныне используют в США, или дополнительное количество нефти, равное тому, что добывают в Саудовской Аравии. Самая высокая доля ядерной энергетики принадлежит Франции - более 70%, в Бельгии она составляет 66%, в Швеции - 50%, в Финляндии - 37%, в Великобритании и США - 18%, в Японии - 29%, в Южной Корее - 53%, в Венгрии - 39%, в бывшем СССР - около 11%.
По вопросу целесообразности и безопасности ядерной энергии существовали и существуют противоречивые мнения. Одна из точек зрения состоит в том, что если сравнивать ее с другими способами производства электроэнергии, она якобы является одним из наиболее чистых источников энергии. Такой взгляд господствовал во времена, предшествовавшие крупнейшей экологической катастрофе современности - аварии на Чернобыльской АЭС. Тогда ученые-теоретики с полной серьезностью утверждали, что шансы погибнуть в автодорожном происшествии равны 1 : 4000 в год, а вероятность серьезной аварии ядерной установки равна 1 : 5 000 000 000 в год. Считалось, что серьезная авария ядерной установки в тысячу раз менее вероятна, чем сильное землетрясение или прорыв крупной плотины.
В настоящее время уже никто не рискует делать такие благодушные заявления, поскольку стало ясно, какой опасный ядерный джин был выпущен из чернобыльской бутылки. Действительно, задымление воздуха - это мелочь по сравнению с загрязнением воздуха, воды и почвы ионизирующей радиацией. Радиоактивное загрязнение не идет ни в какое сравнение с тем, с чем ранее сталкивалось человечество.
Даже если атомные электростанции будут работать в безаварийном режиме, существует еще одна опасность, угрожающая роду человеческому. Это радиоактивные отходы. В отличие от прочих загрязнителей, методов устранения радиоактивности в настоящее время не существует, как и способов контролирования радиоактивных отходов. Все, что предложено до сих пор, дает человечеству лишь ничтожную надежду, что когда-нибудь позже вопрос утилизации радиоактивных отходов будет решен. Таким образом, мы взваливаем на плечи грядущего поколения задачу, решения которой не знаем сами.
Каждый 1000-мегаваттный реактор содержит столько радиоактивного материала, сколько его выпало бы после взрыва тысячи бомб, эквивалентных хиросимской. Каждый реактор ежегодно производит тонны радиоактивных отходов, которые остаются опасными в течение более чем 500 тыс. лет. Атомная электростанция мощностью 1000 МВт производит около 200 килограмм отходов в год. Умножив эту цифру на число действующих в мире АЭС, мы получим 70 т отходов в год с периодом полураспада в 24300 лет. Это означает, что отходы будут представлять угрозу для здоровья людей еще полмиллиона лет в течение жизни 16 тыс. поколений.
Нефть и уголь, сжигаемые на современных электростанциях, стали причиной выпадения кислотных дождей, серьезно влияющих на состояние окружающей среды. В целом использование любых органических видов топлива чревато разрушительными экологическими последствиями.
Из всех источников энеpгии в настоящее вpемя только гидpоэнеpгетика вносит существенный вклад во всемиpное пpоизводство электpоэнеpгии (21%). На сегодня половина всех мировых рек оседлана крупными плотинами -- по одной крупной плотине на реку, это как минимум. Одна пятая всей электроэнергии -- это гидроэнергетика. 30--40% поливных земель в мире орошается водой из плотин.О ней часто говорят как об экологически чистом способе производства электроэнергии. Однако тот факт, что при строительстве гидроэлектростанций возникает необходимость затопления обширных площадей, обжитых человеком или представляющих собой естественные природные комплексы, настораживает. Ученые приводят данные, согласно которым площадь земель, затопленных при строительстве гидроэлектростанций на территории бывшего СССР, примерно равна площади всей Франции!
Крупные гидроэнергетические сооружения часто несут в себе опасность крупных катастроф. К таким катастрофам можно отнести аварию в 1979 г. на плотине в Морви (Индия), которая унесла около 15 тыс. жизней. В 1963 году авария плотины в Вайонте (Италия) привела к гибели 3 тыс. человек. * Каждый год в мире происходит 11--15 крупных аварий на плотинах. Крупнейшая катастрофа произошла на китайской реке Хуанхэ в 1933 году, когда из-за прорыва дамбы утонули 18 тысяч человек. В том же году, увидев, какими сокрушительными силами обладает великая Хуанхэ, китайцы, чтобы остановить продвижение японской армии, попытались направить воды реки по другому руслу. Погибло еще полмиллиона, но армия наступление прекратила.
* В 1972 году паводок разрушил в Индии земляную дамбу -- погибли 2 тысячи человек.
* В 2001 году в Польше Висла прорвала дамбы в пяти местах, эвакуированы 12 тысяч человек.
* В 2002 году в Германии в результате наводнения на Эльбе вода прорвала 7 плотин, было затоплено несколько населенных пунктов.
* В 2003 году в Китае в провинции Шэньси погибли 72 человека, разрушено 50 тысяч домов.
8.14. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
«Если его Величество дорожит прелестью своих садов, белизной лица и красивостью белья, и если не хочет, чтобы его верноподданные задохнулись и закоптели, подобно дурной ветчине, то парламент убедительнейше просит совершенно запретить употребление этого горючего материала, называемого каменным углем»