Изменение структуры энергетического баланса мира происходит при одновременном увеличении добычи источников энергии (табл. 1.2). Добыча угля по сравнению с I960 г. в мире возросла в 1,5 раза и по прогнозам должна к 2000 г. достичь уровня ~9000 млн. т товарного угля. Основными угледобывающими странами являются США, где этого угля было добыто в 1984 г. 825 млн. т, КНР—772 млн. т и СССР—635 млн. т. Наибольшее развитие в ближайшей перспективе получат месторождения с открытой добычей угля, обеспечивающие низкую себестоимость его добычи.
12. Гидроэнергопотенциал Земли. Топливно-энергетический баланс и его динамика.
Гидроэнергией (водной энергией) называют энергию, которой обладает вода, движущаяся в потоках по земной поверхности. Существуют три категории гидроэнергетического потенциала (гидроэнергетических ресурсов): теоретический, технический и экономический.
При определении теоретического гидро-энергопотенциала (его называют также потенциальным и валовым) учитывается полный поверхностный сток рек, который, как уже отмечено, составляет 48 тыс. км3/год. Если принять среднюю высоту суши равной 800 м, то теоретический потенциал будет исчисляться в 1000 млн кВт возможной мощности, что соответствует выработке около 35 трлн кВт» ч в год. Впрочем, есть и другие оценки этого потенциала, которые колеблются в пределах от 35 трлн до 40 трлн кВт-ч.
Технический гидроэнергопотенциал – это та часть теоретического потенциала, которая технически может быть использована с учетом годовых и сезонных колебаний стока в реках, наличия подходящих створов для сооружения ГЭС, а также потерь воды вследствие испарения, фильтрации и т. д.
Наконец, экономический гидроэнергопотенциал – это та часть технического потенциала, использование которой в данных конкретных условиях места и времени можно считать экономически оправданным.
Априори можно предположить, что распределение гидроэнергетического потенциала по территории земной суши неравномерно. И действительно, согласно имеющимся данным, по размерам теоретического потенциала впереди стоит Азия (42 % мирового), за которой следуют Африка (21), Северная и Южная Америка (по 12–13 %), Европа (9) и Австралия и Океания (3 %). За этими общими цифрами географ конечно же видит размещение крупнейших речных систем мира.
Установлено, что примерно половина мирового речного стока приходится на 50 крупнейших рек, бассейны которых покрывают 40 % земной суши. В том числе 15 из них (9 в Азии, 3 в Южной, 2 в Северной Америке и 1 в Африке) имеют средний расход воды в размере 10 тыс. м3/с или более. Но этот показатель сам по себе еще не определяет роль той или иной реки в гидропотенциале. Например, Амазонка выносит в океан в пять раз больше воды, чем вторая по водоносности река мира – Конго. Однако Конго благодаря топографическим и геологическим особенностям территории, по которой она протекает, имеет значительно больший гидроэнергетический потенциал, чем Амазонка.
Крупные регионы Земли по масштабам экономического гидропотенциала «выстраиваются» следующим образом: Зарубежная Азия, Латинская Америка, Африка и Северная Америка, СНГ, зарубежная Европа, Австралия и Океания. Пока экономический гидропотенциал Земли используется лишь на 21 % (это означает, что в принципе годовое производство электроэнергии на ГЭС можно увеличить примерно в пять раз). Наконец, о том, что степень освоенности гидроэнергетического потенциала особенно велика в зарубежной Европе, где для сооружения ГЭС использовано уже большинство выгодных речных створов, и в Северной Америке. Наиболее благоприятные ресурсные предпосылки для развития гидроэнергетики имеют Азия, Африка и Латинская Америка. Можно добавить, что на развивающиеся страны в целом приходится еще примерно 2/3 всего неосвоенного мирового гидроэнергопотенциала.
Среди стран по размерам экономического гидроэнергетического потенциала особо выделяется первая пятерка в составе Китая (1260 млрд кВт-ч), России (850 млрд), Бразилии (765 млрд), Канады (540 млрд) и Индии (500 млрд кВт ч), на долю которой приходится почти 1/2 всего этого потенциала. Затем следуют ДР Конго (420 кВт-ч), США (375), Таджикистан (265), Перу (260), Эфиопия (260), Норвегия (180), Турция (125), Япония (115 кВт – ч). Степень использования этого потенциала в странах очень различна. Во Франции, в Швейцарии, Италии, Японии он использован уже почти полностью, в США и Канаде на 38–40 %, тогда как в Китае – на 16, в Индии – на 15, в Перу – на 5, а в ДР Конго – на 1,5 %.
Энергетическим балансом (или топливно-энергетическим балансом) называется система показателей, отражающих полное количественное соответствие (равенство) между приходом и расходом энергетических ресурсов, распределение их между отдельными потребителями и их группами, районами потребления и позволяющих определить эффективность использования энергоресурсов. Приходная часть энергетического баланса включает систему показателей, характеризующих структуру добычи и производства всех видов энергетических ресурсов, в том числе ИХ импортирование и др. Расходная часть энергетического это система показателей, характеризующая структуру и направления использования всех видов энергетических ресурсов и энергии (включая потери), отпуск их на сторону, и переходящие остатки, она определяется энергопотреблением общества, необходимым для обеспечения выбранных темпов развития производительных сил.
Темпы роста добычи и потребления энергетических ресурсов во времени изменяются достаточно неравномерно. Например, за 100 лет второй половины XIX и первой половины XX столетия в мире было потреблено 7350 ЭДж энергетических ресурсов и почти такое же было потреблено за количество —6470 ЭДж — последующие 34 года с 1950 по 1984 г. Одновременно растет удельное потребление энергии на 1 жителя планеты; если в 1900 г. на 1 человека в среднем приходилось 23—24 ГДж, то в 1950 г. эта величина возросла до 45 ГДж, а в 1980 г.— до 60 ГДж.
Резкое увеличение энергопотребления объясняется научно-техническим прогрессом 50—70-х годов, во время которого снижение Земли увеличилось на 2 млрд. человек, дают, что численность населения в недалеком будущем начнет стабилизироваться и к 2000 г. не превысит 6 млрд. человек, при этом энергопотребление будет расти главным образом за счет развивающихся стран.
С исчерпанием месторождений дешевого органического топлива преимущественно будут развиваться энергосберегающие технологические процессы, в том числе в коммунально-бытовом секторе, в связи с чем в ближайшие 50—60 лет ожидают коренных изменений в структуре мирового энергетического баланса, а именно: десятикратного увеличения потребления энергетических ресурсов к концу следующего столетия при меньших темпах роста потребления; непрерывного возрастания доли новых процессов производства тепловой и электрической энергии из неисчерпаемых источников энергии; непрерывного увеличения затрат на освоение новых источников энергии; образования международных систем энергоснабжения; продолжения концентрации производства энергии при увеличении масштабов и стоимости ее транспорта; непрерывного увеличения эффективности использования энергии; увеличения доли электроэнергии в энергетическом балансе.
13. Нетрадиционные источники энергии и перспективы их использования.
Альтернативная энергетика — совокупность перспективных способов получения, передачи и использования энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при, как правило, низком риске причинения вреда окружающей среде.
Основным направлением альтернативной энергетики является поиск и использование альтернативных (нетрадиционных) источников энергии. Источники энергии — «встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию». Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению. Причина поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность.
Ветроэнергетика (Дания, ФРГ, Великобритания, Нидерланды, США, Индия, Китай).
Биотопливо
Жидкое: Биодизель, биоэтанол.
Твёрдое: древесные отходы и биомасса (щепа, гранулы (топливные пеллеты) из древесины, лузги, соломы и т. п., топливные брикеты)
Газообразное: биогаз, синтез-газ.
Гелиоэнергетика. Солнечный коллектор, в том числе Солнечный водонагреватель, используется как для нагрева воды для отопления, так и для производства электроэнергии.
Альтернативная гидроэнергетика. Приливные электростанции (ПЭС) пока имеются лишь в нескольких странах — Франции, Великобритании, Канаде, России, Индии, Китае.
Геотермальная энергетика. Используется как для нагрева воды для отопления, так и для производства электроэнергии. На геотермальных электростанциях вырабатывают немалую часть электроэнергии в странах Центральной Америки, на Филиппинах, в Исландии; Исландия также являет собой пример страны, где термальные воды широко используются для обогрева, отопления.
Мускульная сила человека. Хотя мускульная сила является самым древним источником энергии, и человек всегда стремился заменить её чем-то другим, в настоящее время её значение растёт вместе с ростом использования велосипеда.
Перспективы использования возобновляемых источников энергии связаны с их экологической чистотой, низкой стоимостью эксплуатации и ожидаемым топливным дефицитом в традиционной энергетике.
По оценкам Европейской комиссии к 2020 году в странах Евросоюза в индустрии возобновляемой энергетики будет создано 2,8 миллионов рабочих мест. Индустрия возобновляемой энергетики будет создавать 1,1 % ВВП.
14. Ресурсы биосферы. Роль биосферы в обеспечении человечества продовольствием и сырьем.
Ресурсы биосферы — это особый компонент природной среды, им следует уделять особое внимание, поскольку Их наличие, вид, количество и качество в значительной мере определяют отношения человека к природе, характер и объем антропогенных изменений окружающей среды.
Под ресурсами биосферы понимают все то, что человек использует для обеспечения своего существования — продукты питания, минеральное сырье, энергоносители, пространство для жизни, воздушное пространство, воду, объекты для удовлетворения эстетичных потребностей.
Биологические ресурсы - источники и предпосылки получения необходимых людям материальных и духовных благ, заключенные в объектах живой природы: промысловые объекты, культурные растения, домашние животные, живописные ландшафты и т.п. Различают растительные ресурсы, ресурсы животного мира, генетические ресурсы.
Еще несколько десятилетий поэтому, если отношение всех народов к природе определялось лишь одним девизом: подчинить, взять самое большее, ничего не отдавая, поскольку богатства Земли неисчерпаемые человечество и брало, разрушало, сжигало, вырубало, убивало, истощало, поглощало, не считая. Ныне настали другие времена, так как, подсчитав, опомнились.
Обнаруживается, практически неисчерпаемых ресурсов в природе вообще нет. Условно пока еще можно относить к неисчерпаемых общие запасы воды на планете и кислороде в атмосфере. Но через их неравномерное распределение уже сегодня в отдельных районах и регионах Земли ощущается их острый недостаток.
Все минеральные ресурсы принадлежат к невосстановимых и главнейшие из них ныне уже исчерпанные или находятся на границе уничтожения (уголь, железо, марганец, нефть, полиметаллы). Через быструю деградацию ряда экосистем биосферы в последнее время ресурсы живого вещества - биомассы - тоже перестали восстанавливаться, как и запасы пресной питьевой воды.
Поскольку биосфера планеты есть замкнутая система с относительно постоянной массой и обменивается с космическим пространством лишь энергией, человечеству следует учитывать его состояние и её способность самовосстанавливать свою биомассу, истощаемость современных энергоносителей, которые используются человечеством, уменьшить объемы использования ресурсов, сознательно отказавшись от излишков, перейти к тактике и стратегии рационального ресурсопользования.