В. Арутюнов - Нефть XXI. Мифы и реальность альтернативной энергетики
Главным же достоинством угля является большой объем его запасов, накопленных в ходе биологической эволюции. Ресурсы каменного угля в земной коре огромны. Они распределены достаточно равномерно, так что пока нет проблем с его источниками. Наибольшими запасами обладают три страны – США, Россия и КНР (рис. 35).
Рис. 35. Доказанные извлекаемые мировые запасы угля. Серым цветом показана доля антрацита и коксующегося угля, темно-красным – низкосортного лигнита
Несмотря на снижение доли угля в мировой энергетике, его мировая добыча продолжает увеличиваться и уголь даже частично отвоевывает некогда утраченные позиции. Особенно велика его доля в производстве электроэнергии: в КНР она составляет около 75 %, а в США – около 50 %. Однако использование угля в энергетике связано с серьезными экологическими проблемами, начиная от высокого уровня эмиссии оксидов серы, азота и тяжелых металлов и кончая более высоким, по сравнению с нефтью и природным газом, удельным выбросом диоксида углерода. До сих пор не удалось также решить проблему рентабельной конверсии угля в жидкое топливо, несмотря на почти столетнюю историю этих попыток.
Пока ни одна крупная промышленная страна мира не испытывает недостатка в угле и, в связи с проблемами с другими источниками энергии, в последнее время в ряде развитых стран мира, прежде всего в США, предпринимались усилия по разработке более эффективных и экологически чистых технологий использования угля в энергетике. Департамент энергетики США выступил в свое время с инициативой создания нового поколения экологически более чистых способов получения энергии из угля. Предполагалось, что типовая угольная электростанция XXI века будет использовать в качестве топлива не непосредственно уголь, а синтез-газ (смесь СО и водорода) или водород, получаемые путем его предварительной газификации (рис. 36). Необходимый для газификации кислород должен производиться относительно дешевым мембранным разделением воздуха. Из очищенного от серо– и азотсодержащих соединений и твердых примесей синтез-газа на основе мембранных технологий можно было бы выделять водород для использования в качестве экологически чистого топлива для газовых турбин и топливных элементов. Образующийся вместе с водородом монооксид углерода путем паровой конверсии можно превращать в дополнительное количество водорода и углекислый газ, а последний – удалять из полученных газов без его выделения в атмосферу, что позволило бы снизить антропогенный вклад в парниковый эффект. Предполагалось, что в периоды минимума нагрузки часть полученного синтез-газа будет использоваться для выработки синтетических жидких углеводородов (СЖУ), необходимых для замещения истощающихся природных нефтяных ресурсов и производства синтетических моторных топлив, отвечающих новым жестким экологическим стандартам.
Рис. 36. Интегрированная технология экологически чистого использования угля на основе его газификации
Однако ставка на передовые технологии в производстве и использовании ресурсов угля пока не оправдалась – затраты на создание и эксплуатацию экологически чистых угольных электростанций оказались столь велики, что, несмотря на серьезную государственную поддержку, энергетические компании не могут обеспечить их конкурентоспособность. А после появления на энергетическом рынке США дешевого и доступного сланцевого газа, переход на который позволяет решить и экологические проблемы, в том числе реально снизить эмиссию диоксида углерода, интерес к чистой угольной энергетике заметно упал.
3.2. Атомная энергетика – увы, не выход
Атомная – или, как ее еще называют, ядерная – энергетика занимает важное место в мировом энергобалансе. На ее долю приходится 4,4 % вырабатываемой в мире первичной энергии, немногим меньше, чем на гидроэнергетику. Поскольку и атомная, и гидроэнергетика производят исключительно электроэнергию (рис. 8), в производстве электроэнергии их доля значительно выше – примерно шестая часть мирового производства электроэнергии и примерно треть европейского осуществляется за счет атомной энергии. А в ряде стран (Литва, Франция, Швеция и др.) атомная энергетика доминирует в производстве электроэнергии.
Коммерческое использование атомной энергетики началось более 50 лет назад. По состоянию на 2014 год в мире насчитывалось 439 энергетических реакторов общей мощностью 376,8 ГВт (табл. V, рис. 37). Еще 67 реакторов находилось в стадии сооружения. Больше всего АЭС (63 АЭС, 104 энергоблока) эксплуатируется в США. На втором месте идет Франция (58 энергоблоков), на третьем – Япония (50 блоков). В России работает 10 АЭС (33 энергоблока). США являются мировым лидером и по установленной мощности АЭС – почти 100 ГВт, однако доля ядерной энергетики составляет лишь 20 % в общем производстве электроэнергии в США. После остановки Игналинской атомной электростанции в Литве мировым лидером по доле атомной энергетики в общей выработке электроэнергии – примерно 77 %, является Франция (второе место по установленной мощности действующих энергоблоков). Средний возраст существующих сейчас реакторов около 25 лет, и примерно 100 реакторов в течение ближайших 10–15 лет исчерпают свой ресурс, что делает неизбежным практическое решение сложнейшей проблемы их демонтажа и утилизации.
Таблица V. Мировая атомная энергетика по состоянию на 2014 год
Рис. 37. Распределение действующих в мире реакторов по странам. В список китайских реакторов включены также 6 реакторов на Тайване (По данным МАГАТЭ на 26.06.2012)
Хотя сейчас ведется много разговоров, особенно активно поддерживаемых различными «зелеными» движениями, о возможности и даже необходимости замены атомной энергетики различными альтернативными источниками, это надежный, технологически зрелый и дешевый источник энергии, обеспечивающий значительную долю базового потребления электроэнергии. Ядерная энергетика практически не дает прямых выбросов парниковых газов и других вредных веществ и идеально подходит для крупных электростанций внутри больших сетей электропередач. Поэтому подавляющее большинство серьезных экспертов в области энергетики не сомневаются в необходимости дальнейшего развития атомной энергетики и сохранении за ней значительной доли в мировом производстве энергии.
Но в то же время ни один источник энергии не вызывал таких противоречивых оценок и споров, как атомная энергетика. После почти двадцатилетнего перерыва, вызванного Чернобыльской катастрофой, работы по созданию новых установок возобновились, и сейчас в стадии проектирования и строительства находятся десятки новых реакторов. Однако, несмотря на прошедшие почти 30 лет стабильной безаварийной работы нескольких сотен атомных энергоблоков, во многих странах сохраняется беспокойство по поводу безопасности этого источника энергии. В некоторых странах дело даже доходит до настойчивых требований ее полного запрета.
Тем не менее не существует каких-либо документальных свидетельств об отмеченном где-либо в мире ущербе здоровью населения от штатной работы атомных станций. Типовой атомный энергоблок мощностью 1000 МВт производит в год около 30 тонн высокорадиоактивных отходов и 800 тонн низко– и среднеактивных отходов, объем которых может быть значительно сокращен за счет концентрирования. Для сравнения, 1000 МВт-ная угольная электростанция производит ежегодно 320 000 тонн золы, содержащей 400 тонн тяжелых металлов и радиоактивных материалов, не считая отходов, образующихся при добыче и транспортировке угля. С учетом всей производственной цепочки от добычи сырья и до производства электроэнергии атомная энергетика производит в сто раз меньше СО2 и практически не наносит экологического ущерба окружающей среде. Таким образом, она уже сейчас позволяет сократить глобальную эмиссию СО2 на 8 % (около 0,6 Гт углерода в год).
Экологическая безопасность и себестоимость производимой энергии являются важнейшими факторами, влияющими на относительное развитие различных первичных источников энергии. По этим показателям атомная энергетика в настоящее время опережает все остальные невозобновляемые источники энергии. Себестоимость производства электроэнергии на АЭС сейчас на уровне 1 цент за кВтч, что в три-четыре раза дешевле, чем на теплоэлектростанциях с углеродным топливом. Даже самые современные газовые электростанции с комбинированным циклом производят в три раза более дорогую энергию. Снижение стоимости единицы установленной мощности на АЭС до 1,1 долл. за кВт позволит снизить стоимость стандартного 1000 МВт блока до 1,1 млрд долларов. Даже уровень радиоактивного загрязнения от обычной тепловой электростанции на угле в 1000 раз выше, чем от АЭС аналогичной мощности. Однако даже очевидная необходимость развития отрасли и ее явные экономические преимущества не снимают негативного отношения к ней в ряде стран. Например, в Швеции, где ее доля в производстве электроэнергии превышает 40 %, продолжаются настойчивые призывы к полному запрету атомной энергетики.
