Очень давно люди научились разводить огонь. Собирая и сжигая древесину, они согревались и готовили еду. Считается, что несколько тысяч лет назад египтяне впервые начали использовать парус. Позднее было изобретено колесо, которое приводилось в движение потоком воды. Во всех этих открытиях преобразуются различные формы энергии - биологическая, химическая, солнечная и гидравлическая.
Энергия сил природы или неживого органического сырья выполняет работу, удовлетворяет основные потребности, увеличивает продолжительность и создает приемлемый уровень жизни человека.
За многие тысячи лет люди прошли путь от собирательства и примитивного преобразования энергии к охотникам, которые готовили еду на огне, а далее к пахарям и животноводам. Им домашние животные служили источником энергии.
Затем люди научились преобразовывать силу ветра и воды. Позже промышленная революция, для которой основой был уголь и пар, заложила основы современного технологически развитого общества. Двигатель внутреннего сгорания развил технологии передвижения и крупномасштабного производства электроэнергии.
Вместе с тем потребление первичной энергии увеличилось более чем в 100 раз. Сегодня в промышленно развитых странах тратится от 150 до 350 гигаджоулей на человека в год, и большая часть этого количества приходится на электроэнергию.
Вместе с растущим потреблением энергии увеличились темпы роста земного населения. К 2025 году этот показатель достигнет 8 миллиардов и, возможно, 10 миллиардов до конца этого столетия. Большая часть прироста приходится на развивающиеся страны, где уже проживает более трех четвертей мирового населения. Это усиливает энергопотребление, которое, возможно, удвоится к 2050 году.
В первичной энергии нет недостатков. Каждый день Солнце изливает энергию в огромном количестве на нашу планету. Мы видим эту энергию в различных формах, от солнечного излучения, ветра и волн до деревьев и растений, которые преобразуют солнечные лучи в растительную биомассу.
Кроме того, в материалах земной коры содержится огромное количество преобразованной солнечной энергии - ископаемом топливе. Уран - источник энергии, который находился в Земле еще до образования Солнечной системы. Необходимо снизить зависимость от ископаемых видов топлива и развивать неуглеродные энергетические ресурсы.
Ископаемое топливо хорошо послужило людям. Уголь повысил уровень жизни людей. Нефть - удобный и портативный источник энергии. Это важнейший природный ресурс при производстве топлива. Природный газ обладает универсальными свойствами.
Уран остается важнейшим источником энергии при производстве электричества. Производство электроэнергии уже преобразует 40 % первичной энергии, и при росте на 2,7 % мирового энергопотребления в год спрос на этот энергетический ресурс растет вдвое быстрее, чем на другие.
Из каких источников в будущем лучше производить электроэнергию? Чтобы сделать выбор, можно кратко взглянуть на возможности и ограничения при использовании каждого из энергетических источников, начиная с возобновляемых.
Гидроэлектростанции производят электроэнергию и не загрязняют атмосферу. На этот источник приходится 16 % мировой электрогенерации. Во многих странах большая часть рек, где можно построить плотину, уже использована, поэтому дальнейшее развитие этого направления ограничено.
Потенциал других возобновляемых источников энергии не раскрыт.
Солнечная энергия популярна и привлекательна. Однако возможности солнечной электрогенерации ограничены из-за рассеянного и непостоянного источника. Даже сконцентрированный источник прерывается ночью и прячется за облаками. Солнечная электростанция обычно работает только на небольшую часть своей расчетной мощности.
Фотогальваническое преобразование излучения низкой интенсивности непосредственно в высококачественную электроэнергию все еще малоэффективно с коэффициентом менее 20 %, хотя это направление было предметом многих исследований нескольких десятилетий.
Ветер, как и солнце - «бесплатный», и все чаще служит источником электроэнергии. Однако, когда ветра нет, требуются резервные источники энергии. За последнее время технологические затраты на ветроэнергетику снизились, а эксплуатационные расходы иногда получаются даже меньше, чем у традиционных источников.
В небольших масштабах электроэнергию можно хранить в аккумуляторных батареях. Но в больших масштабах любое солнечное или ветровое производство электроэнергии должно резервироваться на 100 % другими источниками. В этом случае системные затраты оказываются относительно высокими. Основная часть солнечной электрогенерации всегда будет направлена на прямое потребление.
Геотермальная энергия поступает из естественных источников под поверхностью Земли. Там, где горячий подземный пар выходит на поверхность, вырабатывается электроэнергия. Совокупные энергетические мощности геотермальных источников по всему миру составляют около 10 000 МВт.
Большинство лесов и сельскохозяйственных культур технически преобразуются в топливо. Существуют некоторые «энергетические угодья», где урожай выращивается исключительно для производства энергии. Однако такое землепользование соперничает с остальными сельскохозяйственными культурами за потребление воды, удобрений и самих земельных площадей. Это требует определенного выбора между топливом и едой.
Биомасса - доступный возобновляемый источник энергии, особенно для сельских сообществ в различных странах мира, а из органических отходов и на водоочистных сооружениях можно производить метан или биогаз.
Газ, нефть, уголь и уран - пока единственные энергетические ресурсы, из которых производится большая часть электроэнергия экономически эффективным способом. И, скорее всего, такая ситуация в обозримом будущем сохранится.
Нефть стала слишком дорогой для производства электроэнергии. Это легко транспортабельный ресурс. По возможности нефть используют для узких целей: в производстве топлива и нефтехимической промышленности.
Так же, как и нефть, газ слишком ценен, чтобы тратить этот ресурс на такие цели, как крупномасштабное производство электроэнергии. Однако, благодаря усилиям по геологоразведке, были обнаружены огромные залежи природного газа во многих частях мира, и сегодня газ широко используется на электростанциях, создавая 21 % мировой генерации электроэнергии. Однако главное достоинство - безопасно и дешево перерабатывать природный ресурс для бытовых и промышленных целей и сжигать газ с выделением большого количества тепла. Также газ - ценное химическое сырьё.
Мировая добыча угля составляет около 6 миллиардов тонн в год, большая часть из которых расходуется на производство электроэнергии. Уголь доминирует на рынке и служит источником производства 40 % всей электроэнергии в мире, в то время как на уран приходится 13,5 %.
Залежей урана на планете достаточно, и существуют технологии, которые позволяют увеличить распространение этого энергетического ресурса в 60 раз, если появится спрос. Мировое производство урановой руды составляет около 60 000 тонн в год. Однако большая часть рынка пока приходится на вторичные источники, такие как складские запасы, включая материалы от демонтированного ядерного оружия. Практически все это идет на производство электроэнергии.
К началу
