Статья: Система «природа — общество» и климат. Современное состояние и перспективы развития мировой энергетики

Согласно оценкам Администрации США по информации в области энергетики, в настоящее время доказанные мировые ресурсы природного газа превосходят уровень его мирового потребления в 70 раз, причем уровень достоверно установленных ресурсов повышался ежегодно, начиная с 1970 г. При сравнительно небольшом вкладе природного газа как энергоносителя в условиях США ключевые перспективы развития энергетики этой страны связаны с более интенсивным использованием ресурсов, находящихся на Аляске, что потребует строительства протяженного и дорогостоящего газопровода, и с дальнейшим ростом масштабов импорта сжиженного газа (главная проблема в этой связи — строительство портов и соответствующих сооружений для приемки и сетей для распределения газа).

Атомная энергетика

Поскольку «послечернобыльский шок» к настоящему времени более или менее завершился, создались условия для достаточно объективной оценки современного состояния и перспектив атомной энергетики, тем более, что ее развитие успешно продолжалось и в последние годы. Хорошо известно, что во Франции на долю АЭС приходится более 70% производства электроэнергии, а две АЭС в Шотландии вносят 55%-ный вклад в суммарное производство электроэнергии (заметим, что доля ветроэнергетики составляет в данном случае всего 0.3%). Интенсивно развивается атомная энергетика в Китае, Иране и в других странах. Постепенное оживление произошло в США, что выразилось в дискуссии о необходимости сооружения новой АЭС. Во всем мире в настоящее время функционируют более 100 АЭС. В США атомные станции обеспечивают примерно 20% потребления электроэнергии при ведущей роли электростанций, работающих на каменном угле (>50%) и природном газе (~17%). В развивающихся странах доля атомной энергетики составляет около 25%.

Серьезными преимуществами атомной энергетики являются ее экологическая чистота (в частности, отсутствие выбросов парниковых газов в атмосферу), достаточные запасы необходимого минерального сырья, сравнительно небольшие затраты на функционирование уже построенных АЭС, что определяет более низкие цены на электроэнергию, производимую АЭС. В США стоимость «атомного» электричества равна 1.5 цента/кВт • ч, тогда как для тепловых электростанций, работающих на угле и газе, она составляет соответственно 2 и 3.5 цента/кВт • ч. К числу проблем, сдерживающих развитие атомной энергетики, относится высокая стоимость строительства АЭС. Так, например, затраты на продолжающееся около 5 лет строительство АЭС мощностью 1000 МВт достигают 2 млрд. долл., а на строительство ТЭС, работающей с использованием новой технологии трансформации каменного угля в газ для снижения уровня выбросов — 1.4 млрд. долл. Если учитывать затраты на строительство и эксплуатацию АЭС и предположить ее функционирование в течение 40 лет на уровне 85% мощности, то стоимость электроэнергии возрастает до 6.7 цента/кВт • ч, тогда как в случае тепловых электростанций она равна 4.2 цента/кВт • ч (уголь) и 4-5.6 цента/кВт • ч (применение газовых турбин). Не вполне решенными остаются проблемы безопасности коммерческих ядерных реакторов, а также использования и хранения отработанного ядерного топлива.

Водородная энергетика

В 1970-х гг. появились первые прогнозы практической реализации возможностей использования водородного топлива уже к 2000 г. Этим прогнозам не суждено было осуществиться, но в своем обращении к нации в 2003 г. президент США Дж. Буш выдвинул «Водородную инициативу», которая предусматривала вложения на уровне 1.2 млрд. долл. за 5 лет с целью разработки технологии водородной энергетики и соответствующей инфраструктуры для обеспечения широкого внедрения автомобилей с двигателями на водородном топливе к 2020 г. Губернатор штата Калифорния А. Шварценеггер обнародовал еще более амбициозные планы, согласно которым к 2010 г. в этом штате должна начать функционирование сеть из 150-200 заправочных станций, обеспечивающих работу автомобилей на водородном топливе. Несомненно, однако, что практическому осуществлению программы в области водородной энергетики должны предшествовать серьезные проработки, касающиеся широкого диапазона проблем — от первоначального производства водорода до способов его хранения, распространения и конечного использования в топливных элементах или другим образом.

В настоящее время в США за год производится около 9 млн. т водорода, одна треть которого применяется в производстве аммиака, а остальная часть — на нефтеперерабатывающих заводах. По самым оптимистическим оценкам, массовое применение водородного топлива может стать возможным не ранее 2050 г., и это потребует производства 111 млн. т водорода в год. Возможность реализации подобной перспективы определяется главным образом проблемами стоимости топлива и экологических последствий его использования. Одна из возможных технологий производства водорода — электролиз, обеспечивающий его получение из воды при попутном выделении водяного пара и тепла. Подобная технология очень проста и экологически безопасна, но дорогостояща (особенно при современных ценах на электроэнергию). С такой же трудностью (дороговизной) сталкиваются и технологии получения водорода с использованием возобновляемых источников энергии (ветер, солнечная энергия, сжигание биомассы).

Современная технология производства водорода опирается на использование содержащих углерод и водород ископаемых топлив, из которых наиболее подходящим является природный газ, а соответствующая технология значительно более экономична, чем электролиз, но все же по стоимости в 2-4 раза превосходит расходы на получение бензина в расчете на единицу используемой энергии. Следует учитывать, кроме того, и ограниченность ресурсов природного газа, определяющих перспективу повышения его стоимости. Другая сложность технологии, основанной на использовании природного газа, состоит в наличии в данном случае попутных выбросов углекислого газа, т.е. негативных экологических последствий. С точки зрения доступности значительно более перспективен каменный уголь, но в этом случае еще более серьезными становятся экологические последствия. К числу других возможностей принадлежит использование для получения водорода атомной энергии (на основе применения электролиза или высокотемпературной термохимической технологии) и фотохимической трансформации морских водорослей. Однако реалистичность (и прежде всего экономичность) осуществления двух последних технологий требует тщательного анализа.

Серьезные сложности, безусловно, возникают в связи с решением проблемы распространения и хранения (в частности, на автомобилях) водородного топлива, ввиду малой плотности и взрывоопасности водорода. Что касается производства и распространения, то, по-видимому, наиболее целесообразно производство водорода на крупных предприятиях с последующей транспортировкой его по газопроводам. Некоторый вклад могут внести и перевозки сжиженного водорода. Все эти перспективы требуют серьезного технического и экономического анализа, причем особенно сложной окажется, вероятно, проблема хранения водорода на автомобилях. Наконец, недостаточно ясны пока что технические перспективы использования водородного топлива с применением топливных элементов или усовершенствованных двигателей внутреннего сгорания, работающих на водороде вместо бензина.

Таким образом, на пути к массовому внедрению водородного топлива остается целый ряд технических препятствий, преодоление которых потребует серьезных вложений и усилий на протяжении, по крайней мере, нескольких десятилетий.

Возобновляемые ресурсы