Александр Проценко - Энергия будущего
Человечество прошло бесконечно длинный путь в своем развитии. И каждый очередной этап сопровождался увеличением потребляемой человеком энергии.
В 1860 году ее расход на каждого человека в пересчете на условный уголь (килограмм которого дает 7000 килокалорий тепла) составлял полтонны. В 1940 году они переросли в полторы тонны А в 1980 году две с половиной три тонны Таковы средние цифры.
В технически же развитых государствах в 1980 году расход составил 6-15 тонн, а в развивающихся странах всего 0,5–1 тонну, то есть в десять раз меньше!
Что же это означает? Значит, целые государства могут существовать и при очень малом потреблении энергии по сравнению с потреблением ее в технически развитых странах? Конечно, могут. Вопрос в том, как развиты в этих государствах промышленность и сельское хозяйство, как устроен быт.
Когда данные по величине валового национального продукта в различных странах были проанализированы, то оказалось, что эта величина прямо пропорциональна энерговооруженности человека в этой стране. Если она в одном государстве в пять раз больше, чем в другом, то и количество валового национального продукта в нем оказывается в пять раз больше, чем в другом. Конечно, это усредненные данные. В отдельных случаях такая пропорциональность не наблюдается. Отклонения объясняются разнообразием путей исторического развития, различными природными условиями. Но в среднем приведенная закономерность справедлива.
Значит, для дальнейшего повышения материального благосостояния людей необходимо повышать их энерговооруженность. К сожалению, в будущем рост энерговооруженности не будет приводить к прямо пропорциональному увеличению валового национального продукта.
Значительную часть энергии люди вынуждены отдавать на другие нужды. Вот примеры из разных областей.
Постоянно ухудшающееся плодородие почвы требует все большего количества удобрений, на производство которых затрачивается дополнительная энергия. Освоение одного гектара орошаемой земли также связано с энергетическими затратами, равными примерно тонне условного топлива.
Дороже становится и добыча рыбы. Улов и переработка одной тонны ее требуют затраты энергии, эквивалентной полутора тоннам условного топлива.
При нынешних темпах добычи запасы некоторых руд, богатых металлом, иссякнут уже через несколько десятилетий. В этой связи начнут осваиваться даже такие месторождения, которые не разрабатывались из-за низкого их качества. Значит, затраты энергии на получение того же количества металла заметно возрастут.
Огромное внимание, которое уделяется утилизации не используемых ныне всевозможных промышленных и прочих отходов, организации замкнутых циклов, созданию безотходной технологии, также связано с повышенным потреблением энергии.
Запасы воды истощаются. Постоянно растет доля безвозвратного водопотребления. Сейчас на земном шаре есть места, где стремятся потратить с пользой каждую каплю воды. Возможно, что в отдаленной перспективе огромную роль сыграет опреснение морской воды.
Академик М. Стырикович приводит такой пример, характеризующий возможный объем потребления энергии для опреснения морской воды. Для выращивания урожая ценностью в 2500 килокалорий в день на одного человека требуется одна тонна воды. Но чтобы ее получить, необходимо израсходовать 6–7 килограммов условного топлива. А это 2–2,5 тонны условного топлива в год на одного человека! В пять раз больше, чем приходится на все нужды на человека многих стран.
Примеры можно множить и множить. Но я думаю, что все и так уже ясно. Человеку необходимо все больше и больше энергии. И уже можно перечислять статьи будущих ее расходов и оценивать, сколько же потребуется ее для каждой статьи расхода. Можно эти статьи складывать и планировать будущие потребности в энергии.
Прогнозы, прогнозы…
До сих пор мы рассуждали лишь качественно. Обсуждали и доказывали, что человек нуждается в энергии.
Но ведь важна и количественная сторона, то есть надо знать, сколько ее понадобится каждому человеку и всему человечеству в целом через год, через десять, сто, тысячу лет. Так мы попадаем в область прогностики — науки о прогнозировании, назначение которой — обобщение научной информации, имеющейся у общества, и на ее основе надежное предсказывание будущих событий. Разработка долгосрочных прогнозов в энергетике особенно важна потому, что цикл подготовки — освоение новых первичных энергоресурсов, создание средств для их транспортировки, преобразования и использования, продолжается десятки лет. Высокая капиталоемкость, широкая взаимозаменяемость энергоресурсов и видов энергии делают особенно важным заблаговременную разработку оптимальной структуры энергохозяйства. Долгосрочный прогноз должен оказывать ускоряющее влияние на темпы научно-технического прогресса. Установление принципиальной возможности создания новых эффективных энергетических источников и их роли в будущей энергетике содействует формированию благоприятного климата для научно-технических исследований и стимулирует их.
Прогнозы многое могут, многое должны, но, к сожалению, не всегда это делают. Разброс в прогнозах о развитии энергетики очень велик. Одни говорят о сверхбыстром развитии энергетики, другие о ее нулевом росте. Этому есть, конечно, свои причины. Для долгосрочных энергетических прогнозов характерна достаточно большая неопределенность, зависящая от неполноты исходной информации, то есть от наших знаний закономерностей развития, а также параметров и возможностей различных процессов и энергетических систем.
Разные подходы к развитию энергетики и разные оценки ее теперешнего и будущего состояния проистекают также и из разных принципиальных взглядов на развитие больших систем энергетики. Так, одна из концепций исходит из того, что в основе развития природы и общества лежит неопределенность и случайность — ничего, мол, определенного нельзя сказать заранее. Сторонники таких взглядов рассматривают большие системы энергетики как чисто вероятностные — «го ли будет, то ли нет», ибо, с их точки зрения, человек не может активно воздействовать на развитие таких систем в прогрессивных направлениях. Его удел лишь пассивно прогнозировать. Именно такой философией вооружены упоминавшиеся ранее фаталисты, экзистенциалисты и многие футурологи.
Существует и другое крайнее и тоже неправильное восприятие действительности. Его апологеты в технике и энергетике считают, что в мире существуют лишь однозначно определенные связи — все известно заранее, в плановом хозяйстве случайные тенденции отсутствуют или их влияние ограниченно, поэтому, мол, можно на 20–30 лет вперед без ошибок определять развитие всех звеньев промышленности и энергетики.
Наши специалисты в области экономики, техники и энергетики в своих прогнозах и планировании руководствуются объективными законами развития производительных сил, определяющими основные направления развития энергетики. В то же время они признают существование многих неопределенных факторов, которые могут ускорять или замедлять прогрессивные тенденции.
Важным фактором, свидетельствующим об устойчивости долгосрочных экономических и энергетических прогнозов, является наличие генеральной цели развития нашего общества. Важнейшие социально-экономические задачи, решаемые во имя этой цели, имеют детерминированный характер. И все же определенность, надежность прогноза сильно зависит от степени научной разработанности и сходной для него технико-экономической информации, и главное — от срока, на который ведется прогнозирование.
Так, скажем, прогноз по всей энергетике на 1990 год допускает ошибку в 10–15 процентов, а по отдельным видам энергии в 20–30 процентов. На 2000 год ошибка прогноза может дойти и до 20–40 процентов.
Если же заглянуть в 2030–2050 годы, то можно ошибиться и в два раза. Поэтому, как правило, при прогнозировании на длительные сроки рассматривают несколько возможных вариантов развития.
Прогнозов о развитии энергетики сейчас очень много. Это и не удивительно, энергетика сегодня — больное место. Но мы начнем со старого, сделанного замечательным русским физиком Н. Умовым. В 1912 году он опубликовал статью «Задачи техники в связи с истощением запасов энергии на Земле». Это серьезный труд, в котором действительно разработаны все факторы, которые можно было учесть тогда, почти 70 лет назад. Выводы, сделанные его автором, интересны нам потому, что на этом примере отчетливо видно, где и как можно ошибиться в прогнозировании.
Приняв темп роста потребностей в энергии 6 процентов годовых и известные тогда запасы угля, нефти и гидроэнергии, Н. Умов счел необходимым принять в расчет и другие источники энергии: солнце, приливы в океане. Как мы увидим далее, ныне для дальнейших прогнозов принимается величина темпа не 6 процентов, а около 3. В балансе потребляемой энергии Н. Умов отвел слишком малую роль электроэнергии — всего 3 процента. При расчете КПД двигателей он ориентировался на паровые машины, КПД которых 25 процентов. Сейчас поршневые машины почти повсеместно вытеснены турбинами и двигателями внутреннего сгорания. В прогнозе Н. Умова незначительная роль была отведена нефти и газу, что же касается внутриядерной энергии, то о ней, конечно, не было и речи.
