После того как разразился мировой энергетический кризис, стали говорить о новом, переходном, этапе в развитии энергопотребления, главной целью которого считали как можно более быстрый переход от использования органического топлива, в особенности нефти, к использованию возобновимых, альтернативных источников энергии, к атомной энергетике. Однако после преодоления энергетического кризиса и нового удешевления нефти заговорили, напротив, об инерционности структуры мирового энергопотребления и необходимости сохранения ее относительной стабильности. В последние десятилетия ХХ в. для нее была характерна относительная стабильность, хотя при этом доля нефти все же стала несколько уменьшаться, а доля природного газа – возрастать.
Что касается перспектив развития мировой энергетики в начале XXI в., то соответствующие прогнозы делаются в большом количестве – как отдельными фирмами и специалистами, так и Мировым энергетическим советом (МЭС), Международным энергетическим агентством (МЭА) и другими самыми авторитетными организациями. Обычно такие прогнозы составляют в двух вариантах с учетом, во-первых, возможностей более быстрого или более медленного экономического роста, во-вторых, степени охвата стран мира политикой энергосбережения.
Несмотря на то, что прогнозы иногда довольно сильно различаются, можно предположить достижение в 2010 г. мирового энергопотребления в объеме примерно 15 млрд тут, а в 2015 г. – 17 млрд тут. В структуре этого потребления доля угля предположительно останется стабильной, доля нефти немного уменьшится, а доля природного газа возрастет. Согласно некоторым прогнозам, их доли в 2015 г. составят соответственно 31,2, 35,0 и 28,1 %. Все эти расчеты и прогнозы исходят из задачи обеспечить надежность, экономическую приемлемость и экологическую безопасность мирового энергообеспечения. Они учитывают необходимость обеспечения надлежащего качества жизни – исходят из того, что в начале XXI в. это качество все более будет определяться не столько энергоемкостью производства, сколько эффективностью использования первичных энергоресурсов для получения необходимых людям продуктов и сохранения среды их обитания.
Нетрадиционные источники энергии
Проблема обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей более чем шестимиллиардного населения Земли становится сейчас все более насущной. Основу современной мировой энергетики составляют тепло– и гидроэлектростанции. Однако их развитие сдерживается рядом факторов. Стоимость угля, нефти и газа, на которых работают тепловые станции, растет, а природные ресурсы этих видов топлива сокращаются. К тому же, многие страны не располагают собственными топливными ресурсами или испытывают в них недостаток.
Гидроэнергетические ресурсы в развитых странах используются практически полностью: большинство речных участков, пригодных для гидротехнического строительства, уже освоены. Выход из создавшегося положения виделся в развитии атомной энергетики. На конец 1989 года в мире построено и работало более 400 атомных электростанций (АЭС). Однако сегодня АЭС уже не считаются источником дешевой и экологически чистой энергии. Топливом для АЭС служит урановая руда – дорогостоящее и труднодобываемое сырье, запасы которого ограничены. К тому же строительство и эксплуатация АЭС сопряжены с большими трудностями и затратами. Лишь немногие страны сейчас продолжают строительство новых АЭС. Серьезным тормозом для дальнейшего развития атомной энергетики являются проблемы загрязнения окружающей среды.
С середины нашего века началось изучение энергетических ресурсов океана, относящихся к "возобновляемым источникам энергии". Океан – гигантский аккумулятор и трансформатор солнечной энергии, преобразуемой в энергию течений, тепла и ветров. Энергия приливов – результат действия приливообразующих сил Луны и Солнца. Энергетические ресурсы океана представляют большую ценность как возобновляемые и практически неисчерпаемые. Опыт эксплуатации уже действующих систем океанской энергетики показывает, что они не приносят какого-либо ощутимого ущерба океанской среде. При проектировании будущих систем океанской энергетики тщательно исследуется их воздействие на экологию.
Минеральные ресурсы. Океан служит источником богатых минеральных ресурсов. Они разделяются на химические элементы, растворенные в воде, полезные ископаемые, содержащиеся под морским дном, как в континентальных шельфах, так и за их пределами; полезные ископаемые на поверхности дна. Более 90 % общей стоимости минерального сырья дают нефть и газ. Общая нефтегазовая площадь в пределах шельфа оценивается в 13 млн кв. км.
Наиболее крупные районы добычи нефти и газа с морского дна – Персидский и Мексиканский заливы. Начата промысловая добыча газа и нефти со дна Северного моря. Шельф богат и поверхностными залежами, представленными многочисленными россыпями на дне, содержащими металлические руды, а также неметаллические ископаемые.
На обширных площадях океана обнаружены богатые залежи железомарганцевых конкреций – своеобразных многокомпонентных руд, содержащих также никель, кобальт, медь и др. В то же время исследования позволяют рассчитывать на обнаружение крупных залежей различных металлов в конкретных породах, залегающих под дном океана.
Термальная энергия. Идея использования тепловой энергии, накопленной тропическими и субтропическими водами океана, была предложена еще в конце ХIХ в. Первые попытки ее реализации были сделаны в 30-х гг. нашего века и показали перспективность этой идеи. В 70-е гг. ряд стран приступил к проектированию и строительству опытных океанских тепловых электростанций (ОТЭС), представляющих собой сложные крупногабаритные сооружения. ОТЭС могут размещаться на берегу или находиться в океане (на якорных системах или в свободном дрейфе). Работа ОТЭС основана на принципе, используемом в паровой машине. Котел, заполненный фреоном или аммиаком (жидкостями с низкими температурами кипения), омывается теплыми поверхностными водами. Образующийся пар вращает турбину, связанную с электрогенератором. Отработанный пар охлаждается водой из нижележащих холодных слоев и, конденсируясь в жидкость, насосами вновь подается в котел. Расчетная мощность проектируемых ОТЭС составляет 250–400 МВт.
Учеными Тихоокеанского океанологического института АН СССР была предложена и реализуется оригинальная идея получения электроэнергии на основе разности температур подледной воды и воздуха, которая составляет в арктических районах 26 град. и более.
По сравнению с традиционными тепловыми и атомными электростанциями ОТЭС оцениваются специалистами как более экономически эффективные и практически не загрязняющие океанскую среду. Недавнее открытие гидротермальных источников на дне Тихого океана рождают привлекательную идею создания подводных ОТЭС, работающих на разности температур источников и окружающих вод. Наиболее привлекательными для размещения ОТЭС являются тропические и арктические широты.
Энергия приливов. Использование энергии приливов началось уже в ХI в. для работы мельниц и лесопилок на берегах Белого и Северного морей. До сих пор подобные сооружения служат жителям ряда прибрежных стран. Сейчас исследования по созданию приливных электростанций (ПЭС) ведутся во многих странах мира.
Два раза в сутки в одно и то же время уровень океана то поднимается, то опускается. Это гравитационные силы Луны и Солнца притягивают к себе массы воды. Вдали от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у самого берега они могут достигать 13 м, как, например, в Пенжинской губе на Охотском море.
Приливные электростанции работают по следующему принципу: в устье реки или заливе строится плотина, в корпусе которой установлены гидроагрегаты. За плотиной создается приливный бассейн, который наполняется приливным течением, проходящим через турбины. При отливе поток воды устремляется из бассейна в море, вращая турбины в обратном направлении. Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность ПЭС зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины.
В некоторых проектах предусмотрены двух– и более бассейновые схемы ПЭС с целью выравнивания выработки электроэнергии. С созданием особых, капсульных турбин, действующих в обоих направлениях, открылись новые возможности повышения эффективности ПЭС при условии их включения в единую энергетическую систему региона или страны.
При совпадении времени прилива или отлива с периодом наибольшего потребления энергии ПЭС работает в турбинном режиме, а при совпадении времени прилива или отлива с наименьшим потреблением энергии турбины ПЭС либо отключают, либо они работают в насосном режиме, наполняя бассейн выше уровня прилива или откачивая воду из бассейна.
В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая в нашей стране опытно-промышленная ПЭС. В здании электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью 400 кВт. Десятилетний опыт эксплуатации первой ПЭС позволил приступить к составлению проектов Мезенской ПЭС на Белом море, Пенжинской и Тугурской на Охотском море. Использование великих сил приливов и отливов Мирового океана, даже самих океанских волн – интересная проблема. К решению ее еще только приступают. Тут многое предстоит еще изучать, изобретать, конструировать.