Энергетические потребности человечества

Предъявляемым к печатным изданиям)

********************************************************************************

ЭНЕРГОРЕСУРСЫ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

НЕОБХОДИМОСТЬ РАЗВИТИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Энергия и прогресс общества

 

а) Авария в США и Канаде в ноябре 1965г:

- лавинорастущая авария из-за неполадок на одной из второстепенных линий электропередачи между США и Канадой (отключились электростанции мощностью 45 млн. кВт; лишились энергии 8 северо-восточных штатов США и 2 провинции Канады);

- последствия аварии в Нью-Йорке (отключились светофоры, остановилось движение транспорта, замерли поезда метро; люди застряли в лифтах; вышли из строя крупнейшие холодильные установки; аварии на заводах и фабриках; начались пожары и грабежи; нарушилась связь);

- выводы комиссии по расследованию причин аварии (необходимо централизовать управление развитием и эксплуатацией электроэнергетических систем – это входит в противоречие с принципом свободного предпринимательства, и среди предпринимателей США большую популярность получила идея автономных источников питания).

б) Зачем нужна человеку энергия:

- согласны ли мы жить без телевизора, магнитофона, подачи централизованного тепла, газа, горячей и холодной воды, утюгов, холодильников, пылесосов, кинотеатров, самолетов, автомобилей и т. д.?

- энергия является важнейшим средством экономии времени (а время – это деньги, как сказал американский физик В.Франклин). Простейший и наглядный пример – энергия и экономия времени в быту. В среднем один городской житель тратит часов в год:

   

На что	+ Е	- Е
Отопление жилья	0 (централизованное теплоснабжение)	100 часов (отопительные печи)
Приготовление пищи	200 (газовые и электрические печи, холодильники)	300 (дровяные плиты, керосинки, примусы)
Стирка белья, уборка помещений, мытье посуды	100 (стиральные машины, пылесосы, горячая вода)	250 (вручную)
Передвижение	200 (транспорт)	500 (без транспорта)
Всего	500	1150

 

- Что лучше экономить – энергию или время? Конечно, время (пример - аккордные работы) – это для человека. А различные технологические процессы, наоборот энергетически выгоднее проводить с меньшими затратами, но за более длительный срок (например – опреснение морской воды ведется с затратами в 10-15 раз больше, чем необходимо теоретически, но зато за более короткое время).

- Теория стабильности демонстрирует связь энергии со временем (если разогнать космический корабль до скорости, близкой к световой, то все физические процессы на корабле будут происходить медленнее).

в) Доводы противников развития энергетики:

- экзистенциалисты считают, что развитие науки и техники очень быстро приведет к деперсонализации личности и превращению человеческого существа в робота (автоматизация и освобождение людей от физического и умственного труда якобы превратит мир в скопище тунеядцев, бездарностей, идиотов и преступников); даже называются сроки (через 10 000 лет наступит утрата интереса к науке и технике, а через 30 000 лет – физическое или духовное вырождение и вымирание – это прогноз одного профессора из ФРГ);

- мальтузианцы и их последователи предрекают голод, исчерпание минеральных ресурсов, приостановку производства, резкое загрязнение окружающей среды; “все, что горит, приносит людям вред” (осталось всего лишь 20 лет для того, чтобы начать радикальную перестройку);

- алармисты (to alarm – бить тревогу) – их девиз: назад к природе (нельзя, мол, нарушить естественное равновесие среды – и следует вообще прекратить антропогенные [т.е. связанные с деятельностью человека] преобразования);

- центром атак пессимистов является атомная энергетика, т.к. именно она является будущим энергетики;

- стремление организовать кампанию против конкурентов (например, угольная промышленность против ядерной энергетики).

г) Развитие энергетики – основа прогресса общества:

- производство энергии постоянно удорожается (особенно добыча топлива); до 50% бюджета промышленно развитых стран тратится на обеспечение общества энергией!;

- успеют ли ученые создать новые способы производства энергии? (ученые “спохватились” давно, но топливно-энергетический комплекс является чрезвычайно инерционной системой; за четверть века развития атомной энергетики она добралась только до 1,5-2 % в производстве электрической энергии);

- проблема получения энергии при новых масштабах стала уже не только технической и экономической задачей, а также и социально-политической (запасы топлива, экологические вопросы, уровень развития науки и техники);

- законом развития общества является все более полное удовлетворение потребностей человека; отказ от развития энергетики означает отказ от прогресса, а человек не согласится на “простое” существование (Чехов: “Человеку нужно не три аршина земли, не усадьба, а весь земной шар, вся природа, где на просторе он мог бы проявить все свои свойства и особенности своего свободного духа”). Человек не может отказаться от великих целей (В.Франклин: “Человек – животное, создающее орудия труда”);

- отказ от потребления энергии означает возврат к патриархальной жизни, к “естественному равновесию с природой” – и это приведет к физической гибели большей части человечества (т.к. в условиях “естественного равновесия” возможно лишь существование первобытного племени);

- при современной численности человечества неиндустриальные методы производства оказывают на развитие природной среды не менее пагубное влияние, чем самые “грозные” индустриальные комплексы. Т.о. прогресс несет в себе благо и человечеству, и природе, а без развития энергетики прогресс не мыслим. 

Энергетические потребности человечества

 

а) Опасность энергетического кризиса:

 

- в начале 70-х годов на страницах газет появились заголовки “энергетический кризис”, “конец нефтяного века” и т.п.; цены на нефть резко подскочили;

- человечество вступило в сложный и достаточно долгий период коренного преобразования своей энергетической базы;

- надо решительно расширять масштабы современной энергетики, отыскивать новые источники энергии.

 

б) История покорения человеком разных видов энергии:

 

- для того чтобы человек мыслил, нужно 10 Вт (это совсем немного и подчеркивает совершенство мозга, хотя бы по сравнению с самыми современными компьютерами);

- мощность, развиваемая человеком в обыденной жизни (без тяжелой физической работы) – 40-60 Вт; поскольку к.п.д. нашего организма около 20%, надо не 40-60, а ~ 250 Вт (эта энергия выделяется в виде тепла). Т.о. за 12 часов бодрствования выделяется ~ 3 кВт·ч, т.е. 2500 ккал (такие аккуратные измерения баланса энергии в человеческом организме проведены в связи с космическими полетами);

- 40-50 тысяч лет назад первыми орудиями труда человека были камень, топор, копье; все блага были следствием разума и применения мускульной энергии; добывание огня трением окончательно отделило человека от животного мира;

- 5-10 тысяч лет до н.э. появляется лук; в ямах-ловушках для животных используется сила тяжести; начинается приручение животных (их мощность 200-400 Вт); появляется глиняная посуда (для ее изготовления используется огонь);

- 500 лет до н.э. – овладение искусством обработки изделий из меди, бронзы и, наконец, железа (с помощью огня); изобретено колесо и колесные повозки; на лодках появился парус; используются рычаг, ворот, блок (они умножают мускульную силу человека); Архимед придумал катапульту, стреломет и др.; появилось водяное колесо (мощность 1 – 4 кВт); человек еще не притронулся к углю, нефти, газу, а сумел создать уникальные инженерные сооружения (пирамида Хеопса в Египте высотой 147 м, из 2,3 млн. блоков по 2 тонны в среднем; длина сторон 233 м – с расхождением всего лишь 2 см);

- в 5 – 17 веках появляется промышленность и горное дело, сукновальные станки, кузнечное дело, мельницы (энергия ветра и воды, мощность 3 -20 кВт, усовершенствованные водяные колеса по мощности эквиваленты мускульной энергии 3 – 4 тысяч человек);

- в 17 – 18 веках переход к теплоэнергетике (паровые двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины); используются нефть и газ;

- в 19 – 20 веках – стремительное насыщение промышленности энергетическими машинами; построены десятки тысяч электростанций (они питают сотни миллионов двигателей); производство бензина открыло дорогу сотням миллионов автомобилей и тепловозов; в небо взлетают тысячи самолетов; стартуют космические ракеты; заработали АЭС.

 

в) Потребление энергии:

        

- в 1860г. на одного человека расход энергии составил 0,5 тут, в 1940 –1,5 тут, в 1980 – 2,5-3 тут; но это только в среднем, а в развитых странах в 1980 – 6-15 тут (в развивающихся – 0,5-1 тут.);

- оказывается, величина валового национального продукта прямо пропорциональна энерговооруженности человека в данной стране;

- в будущем, к сожалению, рост энерговооруженности не будет приводить к прямо пропорциональному росту валового национального продукта (причины: постоянно ухудшающееся плодородие почвы [освоение 1 гектара орошаемой земли приводит к затратам 1тут]; разработка бедных месторождений минералов; создание безотходных технологий; необходимость опреснения воды [для выращивания урожая ценностью 2500 ккал в день на 1 человека требуется 1 т воды, а чтобы ее получить нужно 6-7 кг у. т., что дает 2-2,5 тут на человека в год]).

 

г) Прогнозирование потребления энергии:

 

- разработка долгосрочных прогнозов в энергетике особенно важна из-за инерционности всего топливно-энергетического комплекса (цикл от освоения новых первичных энергоресурсов до использования энергии длится десятки лет);

- при разработке прогноза может быть допущена неточность из-за существования неопределенных факторов (открытие новых источников энергии, рост народонаселения и т.д.); например, прогноз на 10 лет вперед допускает ошибку в 10-15% (по отдельным видам энергии до 20-30%), на 20 лет вперед – 20-40%, а на 50-70 лет вперед можно ошибиться и в 2 раза;

- итак, в 1980г. среднее потребление энергии составляло 2,5-3 тут./чел, т.е. на 4,5 млрд. жителей земли – 11 млрд. тут (в т.ч. 2,5-уголь; 4,1- нефть; 2,9-газ; 0,6- гидроэнергия; 0,3- атомная; 0,6- прочее);

- примем за единицу энергии величину Q = 37 млрд. тут. Тогда потребление энергии в 1980г. составляло 0,3Q. Для сравнения: ежегодно солнечные лучи приносят на землю 1500Q;

- считается, что к 2050 году население земли составит 12-14 млрд., а потребление энергии – 5-10 тут/чел в год (в развитых странах – 15-20 тут/чел в год, т.о., все человечество в 2050 году будет потреблять около 2-3Q);

- а что будет после 2050 года? Если принять ежегодный прирост потребления энергии 2%, то через 100-150 лет искусственное энерговыделение на земле составит 30Q (т.е. 2% от солнечной);

- вклад атомной энергетики может составить к 2020 году – 15-20% (причем в развитых странах – до 40-50%; а во Франции уже сейчас ~60%!).   

   

Энергоресурсы

Выше были приведены энергопотребления. А хватит ли энергоресурсов для этого?

Все энергоресурсы делятся на невозобновляемые и возобновляемые.