Возобновляемая энергия. Введение
По производственной необходимости мне и моим коллегам пришлось перевести на русский несколько учебников по смежным дисциплинам. Хочу попробовать выложить часть этих переводов и посмотреть, будут ли они кому-нибудь интересны. Время идет, в 2012 году Оксфорд уже выпустил следующее переиздание, но многие вещи из второго наверняка еще актуальны. Текст буду немного упрощать. Там, где это не будет влиять на смысл. Итак, давайте попробуем:
«Возобновляемая энергия. Энергетика устойчивого будущего»
К концу 21 века, если темп роста населения сохранится, население планеты удвоится, а его благостостояние увеличится от восьми до шестнадцати раз. При этом спрос на энергию увеличится в 2-4 раза, несмотря на существенное повышение эффективности ее использования. Как же обеспечить этот огромный спрос? Как сделать это безопасно, надежно и устойчиво?
Даже при современных уровнях потребления, существующая система получения энергии имеет много вредных эффектов, влияющих на здоровье людей и окружающую среду. В частности, углекислота и другие газы, вызывающие парниковый эффект, которые выделяются при горении ископаемого топлива, неблагоприятными влияют на климат Земли. Поэтому в будущем мы попытаемся перейти к малоуглеродным или безуглеродным источникам энергии.
Большинство возобновляемых источников энергии не только не вызывают выделение углерода в атмосферу, но и более долговечны, чем ископаемые или ядерные топлива. Но технологии их использования находятся в разработке. Пока затраты на разработку высоки, а эффективность не очень большая, как и общий вкладе во всемирное производство энергии. Но тенденции таковы: постепенно увеличивается признание новых технологий профессионалами (энергетиками), политиками и обществом вцелом. К середине 21 столетия возобновляемая энергия может обеспечить бОльшую часть потребностей человечества, но это потребует адекватных инвестиций в исследования и производство оборудования.
Возобновляемые источники энергии - солнечная (тепловая и фотовольтаика), биотоплива, гидроэнергетика и приливная энергия, ветроэнергетика, геотермальная энергия и энергия из комбинированных источников.
Солнечная энергия, как в форме прямого солнечного излучения, так и в косвенных формах, как, например, биоэнергия, энергия воды или ветра, ранее была основным источником энергии человечества. Когда наши предки впервые использовали огонь, они использовали силу фотосинтеза, зависимый от солнца процесс, который основан на получении энергии химических связей воды и атмосферной углекислоты. Затем человечество пошло дальше по пути использования энергии движения воды и ветра, вызванного нагревом солнцем океанов и атмосферы - чтобы молоть зерно, орошать урожаи и двигать суда. С развитием цивилизации архитекторы начали проектировать здания так, чтобы использовать энергию солнца, увеличивая естественное использование его тепла и света для сокращения потребности в искусственных источниках обогрева и освещения.
Технологии использования солнечной энергии, дров, воды и ветра продолжали доминировать вплоть до начала промышленной революции. В те времена преимущество угля, первого и самого доступного из природных топливных ресурсов, стало очевидным. Такие чрезвычайно сконцентрированные, энергоемкие топлива быстро вытеснили дрова, ветер и воду для использования в жилых домах, промышленности и на транспорте индустриальных наций. Сегодня ископаемое топливное трио (уголь, нефть и природный газ) обеспечивает три четверти получения всемирной энергии.
Проблемы неблагоприятных экологических и социальных последствий использования ископаемого топлива, такие, как, например, загрязнение воздуха и сопутствующие несчастные случаи, ограниченность природных запасов, периодически наблюдались в течение нескольких столетий. Это было до тех пор, пока в 1970-е годы не начался значительный рост цен в связи с «нефтяным кризисом», и активизировалось экологическое движение, когда начали анализировать запасы ископаемых топлив, влияние их использования на дестабилизацию естественной экосистемы планеты и влияние на глобальный климат.
Развитие ядерной энергетики, начавшейся после Второй мировой войны, дало надежду получить дешевое, энергоемкое и чистое топливо, которое станет альтернативой ископаемым топливам. Но развитие ядерной энергетики было приостановлено в последние годы, вследствие увеличения внимания к вопросам стоимости, безопасности, возможности ее использования для создания ядерного оружия.
В последние десятилетия проблемы использования ископаемых и ядерных топлив стали главным катализатором возобновления интереса к возобновляемым источникам энергии. В целом, возобновляемые источники энергии являются единственными, которые существенно не истощаются при непрерывном использовании, не влекут за собой существенного вклада в загрязнение окружающей среды или других экологических проблем, не создают существенной опасности для здоровья или не вызывают социальную несправедливость. На практике только некоторые возобновляемые источники энергии приближаются к этому идеалу.
Современные мировые тенденции использования энергии
Полное потребление энергии в мире во всех формах за 20-е столетие увеличилось более чем в 20 раз и в 2002 году достигло около 10800 млн. тонн у.т. На рис. ниже показана динамика добычи ископаемого топлива при условии получения трех четвертей электроэнергии от его сгорания. Население мира в 2002 году составило около 6,2 млрд. человек, при этом ежегодное среднее энергопотребление на человека составило около 74 ГДж, что эквивалентно приблизительно 6 литрам нефти в день для каждого мужчину, женщину и ребенка.
Мировое потребление нефти и газа.
Но в этом заключены главные отличия. Средний американец (США) потребляет почти в пять раз больше среднего мирового показателя: т.е. около 350 ГДж в год. Европейцы и население прежнего Советского Союза потребляет половину этого количества, и остальное население мира только около одной пятой.
На какой период хватит резервов ископаемого топлива? При существующих нормах потребления мировых сгораемых запасов топлива должно хватить на период около 200 лет, нефти - приблизительно на 40 лет, а природного газа - приблизительно на 60 лет (точка отсчета - 2003 год). Однако, мировое производство жидких топлив, используемых в натуральном или в переработанном видах, уже достигло своего пика к 2015 году. Пик потребления природного газа придется вероятно на 2030. После этого, хотя высокое потребление нефти и газа сохранится, их ресурс будет снижаться.
Данные ежегодного потребления до 2000 года - исторические данные; далее пунктирные кривые представляют проект будущего потребления. Этот прогноз базируется на данных последнего прямого потребления 2000 миллиардов баррелей перерабатываемой нефти (в том числе топливных жидкостей), 750 миллиардов баррелей перерабатываемой нефти и 2000 миллиардов баррелей нефти в эквиваленте природного газа. Достигнут пик потребления переработанной нефти в 2005 году, пик добычи непереработанной нефти к 2015 году, а пик добычи природного газа ожидается к 2030 году (источник: Lаherrere, 2001).
Продолжение следует