Альманах «ЭВРИКА»

Часть  6        ЭНЕРГИЯ С ОРБИТЫ

СЮРПРИЗЫ НАШЕГО СВЕТА

Вот что рассказал академик А.   Шейндлин.

Давайте сначала договоримся о терминологии. Принцип деления источников энергии на возобновляемые и не-возобновляемые ясен из самих названий. Хотя при строгом подходе выясняется, что они не так уж однозначны. Например, мы считаем уголь, нефть и газ невозобновляемыми источниками лишь постольку, поскольку сегодняшний темп их использования в миллионы раз превышает возможный темп образования. В то же время уран является невозобновляемым источником энергии уже в самом строгом смысле этого слова.

Понятие нетрадиционных источников энергии менее определенно. Сюда следует отнести те резервы, которые сегодня не используются в сколь-нибудь заметном масштабе, хотя принципиальная возможность их применения доказана. Например, нетрадиционные возобновляемые источники энергии: солнце, ветер, волны, приливы и отливы, тепловая энергия океана, биомасса. И невозобновляемые: нефть, получаемая из битуминозных песков и горючих сланцев, геотермальная энергия, ядерная энергия с применением реакторов-размножителей.

Теперь о самой проблеме. Суть ее заключается в том, что стремительное развитие производительных сил в большинстве стран мира привело к резкому росту потребления энергии. Речь идет не только об электроэнергии, но и о первичных ее источниках — о топливе разного рода. Пока потребности не выходили за рамки привычных, которые можно было легко удовлетворить за счет ископаемого топлива, всем все представлялось вполне благополучным. Если даже где-то не было нефти, ее можно было дешево купить в других странах. Но поскольку рост производительных сил шел чрезвычайными, можно сказать, невиданными доселе темпами, в ряде стран начала ощущаться нехватка первичных источников энергии. И поэтому на Западе уже сравнительно давно заговорили о существенной нехватке такого удобного для многих целей и задач топлива, как нефть.

Конечно, запасы органического топлива небезграничны, но все-таки хотел бы привести успокаивающие цифры. По данным XI Мировой энергетической конференции, общее количество ресурсов органического топлива в мире превышает 13 000 миллиардов тонн условного топлива, правда, 83 процента из которых составляет уголь. Извлекаемых же ресурсов, то есть тех, что экономически целесообразно извлекать из недр, примерно вдвое меньше. Хотя добыча ископаемых по разным причинам не сможет непрерывно расти, даже и при таком высоком темпе потребления, как сегодня, извлекаемых ресурсов органического топлива хватит на обозримое будущее. Однако прогнозы показывают, что мировая годовая добыча нефти все же достигнет максимума в 4 миллиарда тонн в районе 1990 года, а максимум годовой добычи природного газа ожидается в 2000 году. Добыча же угля может расти еще многие десятилетия, хотя и его доля в топливно-энергетическом балансе мира, по-видимому, пройдет через максимум в районе 2010 года...

За счет большого количества сжигаемого  органического топлива  в  атмосферу ежегодно выбрасывается огромное количество углекислого газа. Если бы он весь оставался там, то количество его нарастало бы достаточно быстро. Однако в действительности углекислый газ растворяется в воде Мирового океана и тем самым выводится из атмосферы. В океане содержится громадное количество этого газа, но 90 процентов его находится в глубинных слоях, которые практически не взаимодействуют с атмосферой, и только 10 процентов в близких к поверхности слоях активно участвуют в газовом обмене. Интенсивность этого обмена, от которого в конечном итоге зависит содержание углекислого газа в атмосфере, сегодня до конца не выяснена, что не позволяет делать надежных прогнозов. По поводу допустимого увеличения газа в атмосфере у ученых сегодня тоже нет единого мнения. Во всяком случае, следует учитывать и факторы, влияющие на климат в противоположном направлении. Как, например, растущую запыленность атмосферы, которая как раз понижает температуру Земли.

О климате думать, конечно, надо. Но климат от развития энергетики, на мой взгляд, серьезно не изменится по крайней мере еще сотню лет. Потому что тепловое воздействие на атмосферу, как правило, преувеличивается, особенно в разного рода популярных статьях. А количество углекислого газа, как я уже говорил, неправильно рассчитывается. Хотя, повторяю, думать о далекой климатической перспективе, безусловно, необходимо. Что же касается запасов традиционного топлива, то я уже сказал: они все-таки небеспредельны, да и пик добычи ожидается довольно скоро. Наука должна заглядывать не только в завтра, но и в послезавтра. Свести энергетический баланс в первой половине XXI века — проблема не из легких. Вовлечение нетрадиционных источников, безусловно, расширит сырьевую базу энергетики. В некоторых случаях эти источники принципиально столь невелики, например солнечная энергия, что могли бы покрыть потребности человечества в энергии на многие, многие столетия.

Главная задача энергетиков состоит в том, чтобы удовлетворить потребности в энергии с наименьшими народнохозяйственными затратами. Но есть и еще одна причина, согласно которой целесообразно заниматься одновременно развитием многих новых нетрадиционных источников энергии. Дело в том, что распространяются они по территории нашей страны и мира неравномерно. Возможно, окажется более выгодным для данного района черпать энергию от какого-то местного нетрадиционного источника, имеющего худшие экономические показатели, чем перебрасывать энергию в том или ином виде на большие расстояния.

Почему мы сегодня не применяем широко солнечную энергию? Солнечная энергия является рассеянным видом энергии. В этом — несчастье. Мы можем получать с квадратного метра поверхности земли лишь несколько сот ватт тепла. Этот рассеянный вид энергии надо собирать, чтобы потом использовать для практических целей. Предстоит научиться концентрировать солнечную энергию, что стоит пока очень дорого. Ведь надо расположить на больших площадях земли какие-то технологические установки — скажем, зеркала, устройства из полупроводников, фотоэлементов. И сами эти установки, и земля стоят весьма недешево.

Вопрос вопросов состоит в следующем: насколько технико-экономически перспективно использование солнечной энергии? Именно это и обсуждают ученые. Пока я убежден, что солнечная энергия для производства электричества неконкурентоспособна с теми методами, которые существуют сейчас. Я подчеркиваю: для производства электроэнергии, причем для производства в больших масштабах. Для локальных же целей где-то в горах, в пустыне, где необходимы автономные источники энергии, она уже сегодня применима. Но сказанное вовсе не означает, что в этой области не нужно работать. Может быть, через десятки лет будут найдены способы «дешево» решить проблему. Сегодня же наш институт, в частности, концентрирует свою работу на создании систем солнечного теплоснабжения, реализует большую программу по проектированию жилых домов с солнечным отоплением и горячим водоснабжением. В более далекой перспективе могут оказаться рентабельными и солнечные электростанции двух типов: либо работающие по тепловому циклу, либо с прямым фотопреобразованием излучения солнца в электроэнергию. Энтузиасты внедрения фотопреобразователей обещают в ближайшее десятилетие удешевление этих установок чуть ли не в десять раз, что радикально изменит отношение к ним энергетиков.

Что касается пока еще всевозможных полуфантастических идей, то их сегодня, как и в прежние времена, достаточно. В какой мере эти идеи ждет судьба многих проектов Жюля Верна, я судить не берусь.

Конечно, наиболее эффективным путем использования нетрадиционных источников энергии является создание атомных электростанций с реакторами-размножителями. Эти работы интенсивно ведутся в Советском Союзе и ряде других стран (Франция, США). У нас в стране уже несколько лет работает крупный реактор-размножитель в Форт-Шевченко на Каспийском море. Создан такой реактор также на Белоярской АЭС.

Поскольку современные АЭС работают с относительно низким КПД, действительно очень много тепла уходит в водоемы, которые используются для охлаждения атомных станций. Водоемы эти, конечно, перегреваются, но их можно рационально использовать, например, для разведения теплолюбивых пород рыб. Что же касается опасности, то ни один ученый в мире не

может вам сказать, что какой-либо аварийный режим не возникнет на АЭС, нигде и никогда. Но на атомных станциях проблеме безопасности уделено самое серьезное внимание. Во всем мире такие станции являются устройствами очень надежными. Какие-то аварийные ситуации могут иметь место, но это всегда предусматривается в мерах по обеспечению безопасности. Надо сказать, что многие промышленные предприятия и обычные тепловые станции по соответствующим расчетам не менее опасны, чем АЭС. Вопрос об атомных станциях так остро дебатируется за рубежом потому, что атомная энергия ассоциируется у непосвященных людей с понятием атомной бомбы. Зная обстановку по этому вопросу в ряде стран, я склонен сказать, что вокруг проблемы строительства атомных электростанций много политиканства. На Западе есть политики, которые хорошо знают суть дела и понимают необходимость строительства АЭС, но раздувают эту проблему, используя общественное мнение в своих целях, далеких от целей науки.

Внедрение новых источников энергии и энергосберегающая политика — это не взаимоисключающие направления. Что бы мы ни делали для расширения ресурсной базы энергетики, всемерно возможная экономия энергии — веление времени. Но она не самоцель. В конечном итоге нужно осуществлять те мероприятия, которые обеспечивают наибольшую суммарную экономию средств. Например, можно, конечно, снизить расходы тепла на отопление жилищ за счет улучшения тепловой изоляции, но на это ведь тоже надо затратить средства, и немалые. Где оптимальное решение — на это могут ответить лишь технико-экономические расчеты.

Сказанное относится и к проблеме переработки отходов. Конечно, в них содержится энергия. Но в каких случаях ее использование окажется целесообразным, решит в конечном итоге экономика. Например, некоторые крупные механизированные животноводческие фермы уже сегодня экономически оправданно переводить на энергетическое самообеспечение, извлекая энергию из отходов животных. Или возьмите большинство тропических стран, где рост зеленой массы происходит достаточно быстро и обильно. Там она уже сейчас может дать много полезной энергии, и может давать еще больше...

Законы физики говорят о том, что эффективность любого устройства, преобразующего тепло в электроэнергию, есть величина, пропорциональная верхней температуре рабочего тела. Паротурбинные электростанции достигли сегодня максимума КПД, и надо искать такой метод преобразования тепла в электроэнергию, который позволил бы использовать более высокий уровень температуры. Это поможет сделать МГД-генераторы, работающие в комплексе с паровой турбиной. КПД таких электростанций должен вырасти в полтора раза. Если думать о будущем энергетики, то мы должны не только постоянно искать новые источники электроэнергии, но и находить еще более эффективный метод использования существующих источников. И здесь МГД является пока единственным способом, который позволяет это делать для «большой энергетики».

Итак, существуют три пути решения глобальных энергетических проблем будущего: нахождение новых источников энергии, более эффективное использование существующих и, наконец, рациональное расходование добытой энергии.