Глава 1

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

1.1 ЭНЕРГИЯ СЕГОДНЯ

1.2 ПОТРЕБНОСТИ В ЭНЕРГИИ

1.3 ПРОИЗВОДСТВО ЭНЕРГИИ

1.4 ИЗМЕНЕНИЯ В ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИИ И ЭНЕРГОПРОИЗВОДСТВЕ

1.5 ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ И ЭНЕРГОПРОИЗВОДСТВО БУДУЩЕГО

1.1 Энергия сегодня

Вся потребляемая энергия приходит к нам, в конечном счете, или от солнца или из недр земли. Солнце согревает нашу планету, снабжает требуемым светом и теплом растения для роста. В далеком прошлом солнце таким же образом снабжало нашу планету энергией. Эта энергия преобразовывалась в растения, поддерживала жизнь животных. Благодаря этому мы получаем сегодня уголь, нефть и природный газа - так называемые органические топливные ресурсы, от которых существенно зависит наша цивилизация.

Единственный альтернативный источник энергии не органического происхождения, находящийся в земле, - это атомы некоторых элементов, которые сформировались задолго до появления солнечной системы. Они находятся сегодня в земной коре *.

Количество энергии на единицу массы атома зависит от размера атома: минимальное количество энергии на единицу массы содержится в атомах средних размеров (таких как углерод и кислород), в то время как большее количество содержится в малых атомах (таких как водород) или больших (таких как уран). Энергия поэтому может быть получена либо путем соединения малых атомов в атомы средних размеров (синтез), либо путем деления больших атомов на атомы средних размеров (расщепление). Освоение человечеством энергии синтеза и энергии расщепления является одним из наиболее важных достижений последнего столетия.

Начиная с 1970-ых годов, было много написано о надвигающемся "мировом энергетическом кризисе", который обычно связывают с кризисом нефтедобывающей промышленности. Рисунок 1 во Введении очень наглядно иллюстрирует важное значение сохранения ископаемых топливных ресурсов для будущих поколений.

Хотя с 1970-ых годов и проводится политика сохранения природных запасов сырой нефти, тем не менее, лет через 50 все ресурсы органического топлива кроме угля будут исчерпаны. Уголь к тому времени займет ту же роль, какую нефть занимает сегодня, особенно в качестве ценного химического сырья.

Большое значение сохранения органических источников энергии очевидно даже в областях, где пока их использование достаточно дешево. Постепенное выравнивание энергетических потребностей в развитых странах за последнее десятилетие является результатом увеличения производства энергии. Однако, непрерывный рост энергетических запросов в развивающихся странах постоянно увеличивает расход природных ресурсов планеты, несмотря на стремление к их сохранению.

Многие люди в развивающихся странах стремятся к уровню жизни, характерному для развитых стран. Осуществление этих надежд зависит от доступности энергетических ресурсов. Рост населения земли от сегодняшнего уровня в 6 миллиардов к прогнозируемому в 7.5 миллиардов в 2020 году значительно увеличит потребности в энергии.

1.2 Потребности в энергии

Энергетические потребности индустриальных стран определяются тремя основными факторами:

• Коммунальное хозяйство и торговля
• Промышленность и сельское хозяйство
• Транспорт

Во многих странах каждая из этих позиций составляет примерно одну треть всех энергетических потребностей, хотя размер коммунального потребления существенно зависит от климатических особенностей страны. В Австралии, например, внутренние потребности относительно малы, а в Канаде несколько больше из-за более холодного климата.

Более определенно можно говорить о специфических потребностях, если учитывать следующие факторы:

• Требуется ли для снабжения теплом населения и производственных процессов вода с температурой до 110 °C.
• Требуется ли для снабжения теплом населения и производственных процессов вода с более высокой температурой (более чем 110 °C).
• Каковы потребности в освещении.
• Каково энергопотребление в производстве.
• Насколько развит общественный и частный транспорт.

Некоторые из них удовлетворяются поставками электрической энергии, потребность в которой во всем мире постоянно растет (см. ниже раздел 2.1).

Таблица 1.

Производство электроэнергии

Тераватт часы (TВтч, или миллиард кВтч)

1.3 Производство энергии

Многообразие существующих сегодня источников энергии можно разбить на три основные категории:

• Возобновляемые источники энергии: древесина и некоторые зерновые культуры, пригодные для производства, например, этилового спирта или метанола.
• Невозобновляемые источники энергии: уголь, газ и нефть (органические топливные ресурсы), уран и торий (энергия расщепления), тритий и дейтерия (энергия синтеза) *.
• Возобновляемые естественные источники энергии: солнечная теплота и свет, энергия ветра, энергия океанских волн, энергия течения рек, геотермальное тепло, океанские температурные градиенты.