Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации

ФГОУ ВПО Уральская государственная сельскохозяйственная академия

Кафедра экологии и зоогигиены

Реферат по экологии:

Энергетические проблемы человечества

Исполнитель: ANTONiO

студент ФТЖ 212Т

Руководитель: Лопаева

Надежда Леонидовна

Екатеринбург 2007

Введение. 3

Энергетика: прогноз с позиции устойчивого развития человечества. 5

Нетрадиционные источники энергии. 11

Энергия Солнца. 12

Ветровая энергия. 15

Термальная энергия земли. 18

Энергия внутренних вод. 19

Энергия биомассы.. 20

Заключение. 21

Литература. 23

Введение

Сейчас, как никогда остро встал вопрос, о том, каким будет будущее планеты в энергетическом плане. Что ждет человечество - энергетический голод или энергетическое изобилие? В газетах и различных журналах все чаще и чаще встречаются статьи об энергетическом кризисе. Из-за нефти возникают войны, расцветают и беднеют государства, сменяются правительства. К разряду газетных сенсаций стали относить сообщения о запуске новых установок или о новых изобретениях в области энергетики. Разрабатываются гигантские энергетические программы, осуществление которых потребует громадных усилий и огромных материальных затрат.

Если в конце XIX века энергия играла, в общем, вспомогательную и незначительную в мировом балансе роль, то уже в 1930 году в мире было произведено около 300 миллиардов киловатт-часов электроэнергии. С течением времени - гигантские цифры, огромные темпы роста! И все равно энергии будет мало - потребности в ней растут еще быстрее. Уровень материальной, а, в конечном счёте, и духовной культуры людей находится в прямой зависимости от количества энергии, имеющейся в их распоряжении.

Чтобы добыть руду, выплавить из нее металл, построить дом, сделать любую вещь, нужно израсходовать энергию. А потребности человека все время растут, да и людей становится все больше. Так за чем же остановка? Ученые и изобретатели уже давно разработали многочисленные способы производства энергии, в первую очередь электрической. Давайте тогда строить все больше и больше электростанций, и энергии будет столько, сколько понадобится! Такое, казалось бы, очевидное решение сложной задачи, оказывается, таит в себе немало подводных камней. Неумолимые законы природы утверждают, что получить энергию, пригодную для использования, можно только за счет ее преобразований из других форм.

Вечные двигатели, якобы производящие энергию и ниоткуда ее не берущие, к сожалению, невозможны. А структура мирового энергохозяйства к сегодняшнему дню сложилась таким образом, что четыре из каждых пяти произведенных киловатт получаются в принципе тем же способом, которым пользовался первобытный человек для согревания, то есть при сжигании топлива, или при использовании запасенной в нем химической энергии, преобразовании ее в электрическую на тепловых электростанциях.

Правда, способы сжигания топлива стали намного сложнее и совершеннее. Возросшие требования к защите окружающей среды потребовали нового подхода к энергетике. В разработке Энергетической программы приняли участие виднейшие ученые и специалисты различных сфер. С помощью новейших математических моделей электронно-вычислительные машины рассчитали несколько сотен вариантов структуры будущего энергетического баланса. Были найдены принципиальные решения, определившие стратегию развития энергетики на грядущие десятилетия. Хотя в основе энергетики ближайшего будущего по-прежнему останется теплоэнергетика на не возобновляемых ресурсах, структура ее изменится. Должно сократиться использование нефти. Существенно возрастет производство электроэнергии на атомных электростанциях.

Энергетика: прогноз с позиции устойчивого развития человечества

Согласно каким законам будет развиваться энергетика мира в будущем, исходя из ООНовской Концепции устойчивого развития человечества? Результаты исследований иркутских ученых, сопоставление их с работами других авторов позволили установить ряд общих закономерностей и особенностей.

Концепция устойчивого развития человечества, сформулированная на Конференции ООН 1992 г. в Рио-де-Жанейро, несомненно, затрагивает и энергетику. На Конференции показано, что человечество не может продолжать развиваться традиционным путем, который характеризуется нерациональным использованием природных ресурсов и прогрессирующим негативным воздействием на окружающую среду. Если развивающиеся страны пойдут тем же путем, каким развитые страны достигли своего благополучия, то глобальная экологическая катастрофа будет неизбежна.

В основе концепции устойчивого развития лежит объективная необходимость (а также право и неизбежность) социально-экономического развития стран третьего мира. Развитые страны могли бы, по-видимому, "смириться" (по крайней мере, на какое-то время) с достигнутым уровнем благосостояния и потребления ресурсов планеты. Однако речь идет не просто о сохранении окружающей среды и условий существования человечества, но и об одновременном повышении социально-экономического уровня развивающихся стран ("Юга") и приближении его к уровню развитых стран ("Севера").

Требования к энергетике устойчивого развития будут, конечно, шире, чем к экологически чистой энергетике. Требования неисчерпаемости используемых энергетических ресурсов и экологической чистоты, заложенные в концепции экологически чистой энергетической системы, удовлетворяют двум важнейшим принципам устойчивого развития - соблюдение интересов будущих поколений и сохранение окружающей среды. Анализируя остальные принципы и особенности концепции устойчивого развития, можно заключить, что к энергетике в данном случае следует предъявить, как минимум, два дополнительных требования:

Обеспечение энергопотребления (в том числе, энергетических услуг населению) не ниже определенного социального минимума;

Развитие национальной энергетики (так же, как и экономики) должно быть взаимно скоординировано с развитием ее на региональном и глобальном уровнях.

Первое вытекает из принципов приоритета социальных факторов и обеспечения социальной справедливости: для реализации права людей на здоровую и плодотворную жизнь, уменьшения разрыва в уровне жизни народов мира, искоренения бедности и нищеты, необходимо обеспечить определенный прожиточный минимум, в том числе, удовлетворение минимально необходимых потребностей в энергии населения и экономики.

Второе требование связано с глобальным характером надвигающейся экологической катастрофы и необходимостью скоординированных действий всего мирового сообщества по устранению этой угрозы. Даже страны, имеющие достаточные собственные энергетические ресурсы, как, например, Россия, не могут изолированно планировать развитие своей энергетики из-за необходимости учитывать глобальные и региональные экологические и экономические ограничения.

В 1998--2000 гг. в ИСЭМ СО РАН проведены исследования перспектив развития энергетики мира и его регионов в XXI веке, в которых наряду с обычно ставящимися целями определения долгосрочных тенденций в развитии энергетики, рациональных направлений НТП и т.п. сделана попытка проверки получаемых вариантов развития энергетики "на устойчивость", т.е. на соответствие условиям и требованиям устойчивого развития. При этом в отличие от вариантов развития, разрабатывавшихся ранее по принципу "что будет, если...", авторы попытались предложить по возможности правдоподобный прогноз развития энергетики мира и его регионов в XXI веке. При всей его условности дается более реалистичное представление о будущем энергетики, ее возможном влиянии на окружающую среду, необходимых экономических затратах и др.

Общая схема этих исследований в значительной мере традиционна: использование математических моделей, для которых готовится информация по энергетическим потребностям, ресурсам, технологиям, ограничениям. Для учета неопределенности информации, в первую очередь по потребностям в энергии и ограничениям, формируется набор сценариев будущих условий развития энергетики. Результаты расчетов на моделях затем анализируются с соответствующими выводами и рекомендациями.

Основным инструментом исследований являлась Глобальная энергетическая модель GEM-10R. Эта модель - оптимизационная, линейная, статическая, многорегиональная. Как правило, мир делился на 10 регионов: Северная Америка, Европа, страны бывшего СССР, Латинская Америка, Китай и др. Модель оптимизирует структуру энергетики одновременно всех регионов с учетом экспорта-импорта топлива и энергии по 25-летним интервалам - 2025, 2050, 2075 и 2100 гг. Оптимизируется вся технологическая цепочка, начиная с добычи (или производства) первичных энергоресурсов, кончая технологиями производства четырех видов конечной энергии (электрической, тепловой, механической и химической). В модели представлено несколько сот технологий производства, переработки, транспорта и потребления первичных энергоресурсов и вторичных энергоносителей. Предусмотрены экологические региональные и глобальные ограничения (на выбросы СО 2 , SO 2 и твердых частиц), ограничения на развитие технологий, расчет затрат на развитие и функционирование энергетики регионов, определение двойственных оценок и др. Первичные энергетические ресурсы (в том числе, возобновляемые) в регионах задаются с разделением на 4-9 стоимостных категорий.

Анализ результатов показал, что полученные варианты развития энергетики мира и регионов по-прежнему трудно реализуемы и не вполне отвечают требованиям и условиям устойчивого развития мира в социально-экономических аспектах. В частности, рассматривавшийся уровень энергопотребления представился, с одной стороны, трудно достижимым, а с другой стороны - не обеспечивающим желаемого приближения развивающихся стран к развитым по уровню душевого энергопотребления и экономического развития (удельному ВВП). В связи с этим был выполнен новый прогноз энергопотребления (пониженного) в предположении более высоких темпов снижения энергоемкости ВВП и оказания экономической помощи развитых стран развивающимся.

Высокий уровень энергопотребления определен исходя из удельных ВВП, в основном соответствующих прогнозам Мирового банка. При этом в конце XXI века развивающиеся страны достигнут лишь современного уровня ВВП развитых стран, т.е. отставание составит около 100 лет. В варианте низкого энергопотребления размер помощи развитых стран развивающимся принят исходя из обсуждавшихся в Рио-де-Жанейро показателей: около 0,7 % ВВП развитых стран, или 100-125 млрд дол. в год. Рост ВВП развитых стран при этом несколько уменьшается, а развивающихся - увеличивается. В среднем же по миру душевой ВВП в этом варианте увеличивается, что свидетельствует о целесообразности оказания такой помощи с точки зрения всего человечества.

Душевое потребление энергии в низком варианте в промышленно развитых странах стабилизируется, в развивающихся - возрастет к концу века примерно в 2,5 раза, а в среднем по миру - в 1,5 раза по сравнению с 1990 г. Абсолютное мировое потребление конечной энергии (с учетом роста населения) увеличится к концу начавшегося столетия по высокому прогнозу примерно в 3,5 раза, по низкому - в 2,5 раза.

Использование отдельных видов первичных энергоресурсов характеризуется следующими особенностями. Нефть во всех сценариях расходуется примерно одинаково - в 2050 г. достигается пик ее добычи, а к 2100 г. дешевые ресурсы (первых пяти стоимостных категорий) исчерпываются полностью или почти полностью. Такая устойчивая тенденция объясняется большой эффективностью нефти для производства механической и химической энергии, а также тепла и пиковой электроэнергии. В конце века нефть замещается синтетическим топливом (в первую очередь, из угля).

Добыча природного газа непрерывно увеличивается в течение всего века, достигая максимума в его конце. Две наиболее дорогие категории (нетрадиционный метан и метаногидраты) оказались неконкурентоспособными. Газ используется для производства всех видов конечной энергии, но в наибольшей степени - для производства тепла.

Уголь и ядерная энергия подвержены наибольшим изменениям в зависимости от вводимых ограничений. Будучи примерно равноэкономичными, они замещают друг друга, особенно в "крайних" сценариях. В наибольшей мере они используются на электростанциях. Значительная часть угля во второй половине века перерабатывается в синтетическое моторное топливо, а ядерная энергия в сценариях с жесткими ограничениями на выбросы СО 2 в больших масштабах используется для получения водорода.

Использование возобновляемых источников энергии существенно различается в разных сценариях. Устойчиво используются лишь традиционные гидроэнергия и биомасса, а также дешевые ресурсы ветра. Остальные виды ВИЭ являются наиболее дорогими ресурсами, замыкают энергетический баланс и развиваются по мере необходимости.

Интересно проанализировать затраты на мировую энергетику в разных сценариях. Меньше всего они, естественно, в двух последних сценариях с пониженным энергопотреблением и умеренными ограничениями. К концу века они возрастают примерно в 4 раза по сравнению с 1990 г. Наибольшие затраты получились в сценарии с повышенным энергопотреблением и жесткими ограничениями. В конце века они в 10 раз превышают затраты 1990 г. и в 2,5 раза - затраты в последних сценариях.

Следует отметить, что введение моратория на ядерную энергетику при отсутствии ограничений на выбросы СО 2 увеличивает затраты всего на 2 %, что объясняется примерной равноэкономичностью АЭС и электростанций на угле. Однако, если при моратории на ядерную энергетику ввести жесткие ограничения на выбросы СО 2 , то затраты на энергетику возрастают почти в 2 раза.

Следовательно, "цены" ядерного моратория и ограничений на выбросы СО 2 очень велики. Анализ показал, что затраты на снижение выбросов СО 2 могут составить 1-2 % от мирового ВВП, т.е. они оказываются сопоставимыми с ожидаемым ущербом от изменения климата планеты (при потеплении на несколько градусов). Это дает основания говорить о допустимости (или даже необходимости) смягчения ограничений на выбросы СО 2 . Фактически требуется минимизировать сумму затрат на снижение выбросов СО 2 и ущербов от изменения климата (что, конечно, представляет исключительно сложную задачу).

Очень важно, что дополнительные затраты на уменьшение выбросов СО 2 должны нести, главным образом, развивающиеся страны. Между тем, эти страны, с одной стороны, не виновны в создавшемся с тепличным эффектом положении, а с другой - просто не имеют таких средств. Получение же этих средств от развитых стран, несомненно, вызовет большие трудности и это - одна из серьезнейших проблем достижения устойчивого развития.

В XXI веке мы трезво отдаём себе отчёт в реальностях третьего тысячелетия. К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь не бесконечны. Природе, чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они будут за сотни. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Ведь лишь при этом условии запасов топлива может хватить на века. К сожалению, многие нефтедобывающие страны живут сегодняшним днем. Они нещадно расходуют подаренные им природой нефтяные запасы. Что же произойдет тогда, а это рано или поздно случится, когда месторождения нефти и газа будут исчерпаны? Вероятность скорого истощения мировых запасов топлива, а также ухудшение экологической ситуации в мире, (переработка нефти и довольно частые аварии во время ее транспортировки представляют реальную угрозу для окружающей среды) заставили задуматься о других видах топлива, способных заменить нефть и газ.

Сейчас в мире все больше ученых инженеров занимаются поисками новых, нетрадиционных источников которые могли бы взять на себя хотя бы часть забот по снабжению человечества энергией. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии включают солнечную, ветровую, геотермальную энергию, биомассу и энергию Мирового океана.

Энергия Солнца

В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос, и хотя этот источник также относится к возобновляемым, внимание, уделяемое ему во всем мире, заставляет нас рассмотреть его возможности отдельно. Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики. Заметим, что использование всего лишь 0,0125 % этого количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0.5 % - полностью покрыть потребности на перспективу. К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения.

Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м2. Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения "собирали" за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества нужно разместить их на территории 130 000 км 2 ! Необходимость использовать коллекторы огромных размеров, кроме того, влечет за собой значительные материальные затраты. Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счёт солнечной энергии, поглощённой коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования. Согласно расчетам изготовление коллекторов солнечного излучения площадью 1 км 2 , требует примерно 10 4 тонн алюминия. Доказанные же на сегодня мировые запасы этого металла оцениваются в 1.17*10 9 тонн.

Ясно, что существуют разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики. Предположим, что в будущем для изготовления коллекторов станет возможным применять не только алюминий, но и другие материалы. Изменится ли ситуация в этом случае? Будем исходить из того, что на отдельной фазе развития энергетики (после 2100 года) все мировые потребности в энергии будут удовлетворяться за счет солнечной энергии. В рамках этой модели можно оценить, что в этом случае потребуется "собирать" солнечную энергию на площади от 1*10 6 до 3*10 6 км 2 . В то же время общая площадь пахотных земель в мире составляет сегодня 13*10 6 км 2 . Солнечная энергетика относится к наиболее материалоёмким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Подсчеты показывают, что для производства 1 МВт в год электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребуется затратить от 10 000 до 40 000 человеко-часов.

В традиционной энергетике на органическом топливе этот показатель составляет 200-500 человеко-часов. Пока еще электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что эксперименты, которые они проведут на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.

Первые попытки использования солнечной энергии на коммерческой основе относятся к 80-м годам прошлого столетия. Крупнейших успехов в этой области добилась фирма Loose Industries (США). Ею в декабре 1989 года введена в эксплуатацию солнечно-газовая станция мощностью 80 МВт. Здесь же, в Калифорнии, в 1994 году было введено еще 480 МВт электрической мощности, причем, стоимость 1 кВт/ч энергии – 7-8 центов. Это ниже, чем на традиционных станциях. В ночные часы и зимой энергию дает, в основном, газ, а летом и в дневные часы – солнце. Электростанция в Калифорнии продемонстрировала, что газ и солнце, как основные источники энергии ближайшего будущего, способны эффективно дополнять друг друга. Поэтому не случаен вывод, что в качестве партнера солнечной энергии должны выступать различные виды жидкого или газообразного топлива. Наиболее вероятной “кандидатурой” является водород.

Его получение с использованием солнечной энергии, например, путем электролиза воды может быть достаточно дешевым, а сам газ, обладающий высокой теплотворной способностью, легко транспортировать и длительно хранить. Отсюда вывод: наиболее экономичная возможность использования солнечной энергии, которая просматривается сегодня – направлять ее для получения вторичных видов энергии в солнечных районах земного шара. Полученное жидкое или газообразное топливо можно будет перекачивать по трубопроводам или перевозить танкерами в другие районы. Быстрое развитие гелиоэнергетики стало возможным благодаря снижению стоимости фотоэлектрических преобразователей в расчете на 1 Вт установленной мощности с 1000 долларов в 1970 году до 3-5 долларов в 1997 году и повышению их КПД с 5 до 18%. Уменьшение стоимости солнечного ватта до 50 центов позволит гелиоустановкам конкурировать с другими автономными источниками энергии, например, с дизельэлектростанциями.

Ветровая энергия

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Климатические условия позволяют развивать ветроэнергетику на огромной территории от наших западных границ до берегов Енисея. Богаты энергией ветра северные районы страны вдоль побережья Северного Ледовитого океана, где она особенно необходима мужественным людям, обживающим эти богатейшие края. Почему же столь обильный, доступный да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии. Техника XX века открыла совершенно новые возможности для ветроэнергетики, задача которой стала другой - получение электроэнергии. В начале века Н.Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В новых проектах используются достижения многих отраслей знания. В наши дни к созданию конструкций ветроколеса - сердца любой ветроэнергетической установки привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.

Первой лопастной машиной, использовавшей энергию ветра, был парус. Парус и ветродвигатель кроме одного источника энергии объединяет один и тот же используемый принцип. Исследования Ю. С. Крючкова показали, что парус можно представить в виде ветродвигателя с бесконечным диаметром колеса. Парус является наиболее совершенной лопастной машиной, с наивысшим коэффициентом полезного действия, которая непосредственно использует энергию ветра для движения.

Ветроэнергетика, использующая ветроколеса и ветрокарусели, возрождается сейчас, прежде всего, в наземных установках. В США уже построены и эксплуатируются коммерческие установки. Проекты наполовину финансируются из государственного бюджета. Вторую половину инвестируют будущие потребители экологически чистой энергии.

Первые разработки теории ветродвигателя относятся к 1918 г. В. Залевский заинтересовался ветряками и авиацией одновременно. Он начал создавать полную теорию ветряной мельницы и вывел несколько теоретических положений, которым должна отвечать ветроустановка.

В начале ХХ века интерес к воздушным винтам и ветроколесам не был обособлен от общих тенденций времени – использовать ветер, где это только возможно. Первоначально наибольшее распространение ветроустановки получили в сельском хозяйстве. Воздушный винт использовали для привода судовых механизмов. На всемирно известном “Фраме” он вращал динамомашину. На парусниках ветряки приводили в движение насосы и якорные механизмы.

В России к началу прошлого века вращалось около 2500 тысяч ветряков общей мощностью миллион киловатт. После 1917 года мельницы остались без хозяев и постепенно разрушились. Правда, делались попытки использовать энергию ветра уже на научной и государственной основе. В 1931 году вблизи Ялты была построена крупнейшая по тем временам ветроэнергетическая установка мощностью 100 кВт, а позднее разработан проект агрегата на 5000 кВт. Но реализовать его не удалось, так как Институт ветроэнергетики, занимавшийся этой проблемой, был закрыт.

В США к 1940 году построили ветроагрегат мощностью в 1250 кВт. К концу войны одна из его лопастей получила повреждение. Ее даже не стали ремонтировать – экономисты подсчитали, что выгодней использовать обычную дизельную электростанцию. Дальнейшие исследования этой установки прекратились.

Неудавшиеся попытки использовать энергию ветра в крупномасштабной энергетике сороковых годов XX века не были случайны. Нефть оставалась сравнительно дешевой, резко снизились удельные капитальные вложения на крупных тепловых электростанциях, освоение гидроэнергии, как тогда казалось, гарантирует и низкие цены и удовлетворительную экологическую чистоту.

Существенным недостатком энергии ветра является ее изменчивость во времени, но его можно скомпенсировать за счет расположения ветроагрегатов. Если в условиях полной автономии объединить несколько десятков крупных ветроагрегатов, то средняя их мощность будет постоянной. При наличии других источников энергии ветрогенератор может дополнять существующие. И, наконец, от ветродвигателя можно непосредственно получать механическую энергию.

Термальная энергия земли

Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии, таящейся в недрах земного шара. Мощность извержения многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок, созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических извержений говорить не приходится - нет пока у людей возможностей обуздать эту непокорную стихию, да и, к счастью, извержения эти достаточно редкие события. Но это проявления энергии, таящейся в земных недрах, когда лишь крохотная доля этой неисчерпаемой энергии находит выход через огнедышащие жерла вулканов. Маленькая европейская страна Исландия полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и даже бананами! Многочисленные исландские теплицы получают энергию от тепла земли - других местных источников энергии в Исландии практически нет. Зато очень богата эта страна горячими источниками и знаменитыми гейзерами-фонтанами горячей воды, с точностью хронометра вырывающейся из-под земли. И хотя не исландцам принадлежит приоритет в использовании тепла подземных источников, жители этой маленькой северной страны эксплуатируют подземную котельную очень интенсивно.

Рейкьявик, в которой проживает половина населения страны, отапливается только за счет подземных источников. Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин земли. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция, совсем еще маломощная, была построена в 1904 году в небольшом итальянском городке Лардерелло. Постепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в наши дни мощность станции достигла уже внушительной величины - 360 тысяч киловатт. В Новой Зеландии существует такая электростанция в районе Вайракеи, ее мощность 160 тысяч киловатт. В 120 километрах от Сан-Франциско в США производит электроэнергию геотермальная станция мощностью 500 тысяч киловатт.

Энергия внутренних вод

Раньше всего люди научились использовать энергию рек. Но в золотой век электричества, произошло возрождение водяного колеса в виде водяной турбины. Электрические генераторы, производящие энергию, необходимо было вращать, а это вполне успешно могла делать вода. Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 году. Преимущества гидроэлектростанций очевидны - постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды. Да и опыт постройки и эксплуатации водяных колес мог бы оказать немалую помощь гидроэнергетикам.

Однако, чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за плотиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется уложить такое количество материалов, что объем гигантских египетских пирамид по сравнению с ним покажется ничтожным. В 1926 году в строй вошла Волховская ГЭС, в следующем началось строительство знаменитой Днепровской. Энергетическая политика нашей страны, привела к тому, что у нас развита система мощных гидроэлектрических станций. Ни одно государство не может похвастаться такими энергетическими гигантами, как Волжские, Красноярская и Братская, Саяно-Шушенская ГЭС. Энергоустановка на реке Ранс, состоящая из 24 реверсивных турбогенераторов, и имеющая выходную мощность 240 мегаватт - одна из наиболее мощных гидроэлектростанций во Франции. Гидроэлектростанции являются наиболее экономически выгодным источником энергии. Но имеют недостатки - при транспортировке электроэнергии по линиям электропередач происходят потери до 30% и создаётся экологически опасное электромагнитное излучение. Пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергетического потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неиспользованными. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, человечество получило бы дополнительно колоссальное количество энергии.

Энергия биомассы

В США в середине 70-х годов группа специалистов в области исследования океана, морских инженеров и водолазов создала первую в мире океанскую энергетическую ферму на глубине 12 метров под залитой солнцем гладью Тихого океана вблизи города Сан-Клемент. На ферме выращивались гигантские калифорнийские бурые водоросли. По мнению директора проекта доктора Говарда А. Уилкокса, сотрудника Центра исследования морских и океанских систем в Сан-Диего (Калифорния), "до 50 % энергии этих водорослей может быть превращено в топливо - в природный газ метан. Океанские фермы будущего, выращивающие бурые водоросли на площади примерно 100 000 акров (40 000 га), смогут давать энергию, которой хватит, чтобы полностью удовлетворить потребности американского города с населением в 50 000 человек".

К биомассе, кроме водорослей, можно также отнести и продукты жизнедеятельности домашних животных. Так, 16 января 1998 года в газете “Санкт Петербургские Ведомости” была напечатана статья, под названием “Электричество... из куриного помёта” в которой говорилось о том, что находящаяся в финском городе Тампере дочерняя фирма международного норвежского судостроительного концерна Kvaerner стремится получить поддержку ЕС для сооружения в британском Нортхэмптоне электростанции, действующей... на курином помете. Проект входит в программу EС Thermie, которая предусматривает развитие новых, нетрадиционных, источников энергии и методов сбережения энергетических ресурсов. Комиссия ЕС распределила 13 января 140 млн ЭКЮ среди 134 проектов.

Спроектированная финской фирмой силовая установка будет сжигать в топках 120 тысяч тонн куриного помета в год, вырабатывая 75 млн киловатт-часов энергии.

Заключение

Можно выделить ряд общих тенденций и особенностей в развитии энергетики мира в начавшемся столетии.

1. В XXI в. неизбежен значительный рост мирового потребления энергии, в первую очередь, в развиваюшихся странах. В промышленно развитых странах энергопотребление может стабилизироваться примерно на современном уровне или даже снизиться к концу века. По низкому прогнозу, сделанному авторами, мировое потребление конечной энергии может составить в 2050 г. 350 млн Тдж/год, в 2100 г. - 450 млн Тдж/год (при современном потреблении около 200 млн Тдж/год).

2. Человечество в достаточной мере обеспечено энергетическими ресурсами на XXI век, но удорожание энергии неизбежно. Ежегодные затраты на мировую энергетику возрастут в 2,5-3 раза к середине века и в 4-6 раз к концу его по сравнению с 1990 г. Средняя стоимость единицы конечной энергии увеличится в эти сроки, соответственно, на 20-30 и 40-80 % (увеличение цен на топливо и энергию может быть еще значительнее).

3. Введение глобальных ограничений на выбросы СО 2 (наиболее важного тепличного газа) очень сильно повлияет на структуру энергетики регионов и мира в целом. Попытки сохранения глобальных выбросов на современном уровне следует признать нереальными из-за трудно разрешимого противоречия: дополнительные затраты на ограничение выбросов СО 2 (около 2 трлн долл./год в середине века и более 5 трлн долл./год в конце века) должны будут нести преимущественно развивающиеся страны, которые, между тем, "не виновны" в создавшейся проблеме и не имеют необходимых средств; развитые же страны вряд ли захотят и смогут оплатить такие затраты. Реалистичным с точки зрения обеспечения удовлетворительных структур энергетики регионов мира (и затрат на ее развитие) можно считать ограничение во второй половине века глобальных выбросов СО 2 до 12-14 Гт С/год, т.е. до уровня примерно в два раза выше, чем было в 1990 г. При этом сохраняется проблема распределения квот и дополнительных затрат на ограничение выбросов между странами и регионами.

4. Развитие ядерной энергетики представляет наиболее эффективное средство снижения выбросов СО 2 . В сценариях, где вводились жесткие или умеренные ограничения на выбросы СО 2 и отсутствовали ограничения на ядерную энергетику, оптимальные масштабы ее развития получились чрезвычайно большими. Другим показателем ее эффективности явилась "цена" ядерного моратория, которая при жестких ограничениях на выбросы СО 2 выливается в 80-процентное увеличение затрат на мировую энергетику (более 8 трлн долл./год в конце XXI в.). В связи с этим были рассмотрены сценарии с "умеренными" ограничениями на развитие ядерной энергетики для поиска реально возможных альтернатив.

5. Непременное условие перехода к устойчивому развитию - помощь (финансовая, техническая) наиболее отсталым странам со стороны развитых стран. Для получения реальных результатов такая помощь должна быть оказана в самые ближайшие десятилетия, с одной стороны, для ускорения процесса приближения уровня жизни развивающихся стран к уровню развитых, а с другой - чтобы такая помощь еще могла составить заметную долю в быстро увеличивающемся суммарном ВВП развивающихся стран.

Литература

1. Еженедельная газета сибирского отделения российской академии наук N 3 (2289) 19 января 2001 г

2. Антропов П.Я. Топливно-энергетический потенциал Земли. М., 1994

3. Одум Г., Одум Е. Энергетический базис человека и природы. М., 1998

Сырьевая проблема

Замечание 1

Между сырьевой и энергетической проблемами есть общие черты, поэтому их часто рассматривают в виде одной топливно-сырьевой проблемы. Касаются они обеспечения человечества топливом и сырьем. Проблема обеспеченности стран сырьем и раньше имела определенную остроту, но возникала она на региональных уровнях. Однако сырьевой кризис 70-х годов показал её глобальные масштабы.

Понятие «сырье» само по себе является очень ёмким. Это могут быть материалы и предметы труда, которые уже претерпели какое-то изменение и подлежат дальнейшей переработке, например, нефть, руда, древесная щепа, шерсть, пластмассы, смолы и др. Вообще всё сырье по происхождению делят на промышленное и сельскохозяйственное, но чаще всего сырьевые ресурсы ассоциируются с минеральными ресурсами. Минеральные ресурсы или полезные ископаемые есть не что иное, как основа существования человеческой цивилизации. С бурным развитием промышленности потребность в минеральных ресурсах увеличивается, темпы их добычи растут, а сами ресурсы в недрах Земли ограничены. Со временем они будут просто исчерпаны.

Готовые работы на аналогичную тему

Курсовая работа 420 руб.
Реферат Энергетическая и сырьевая проблема 240 руб.
Контрольная работа Энергетическая и сырьевая проблема 230 руб.

Появление сырьевой проблемы связано с целым рядом причин:

Ростом объемов извлекаемого из недр Земли минерального сырья;
Истощением бассейнов и месторождений;
Обеднение многих руд полезными веществами;
Ограниченностью разведанных запасов углеводородов;
Ухудшением горно-геологических условий залегания полезных ископаемых;
Территориальным разрывом между районами добычи сырья и районами его потребления;
Открытием новых месторождений в районах со сложными природными условиями.

Следствием данных причин стало общее снижение обеспеченности минеральными ресурсами на глобальном уровне, при этом надо иметь в виду, что для отдельных видов сырья необходим дифференцированный подход. Многие специалисты делают расчеты обеспеченности ресурсами, но между ними часто бывают большие расхождения. Тем не менее, в век научно-технической революции важным является рациональное использование минерального сырья, более полное извлечение из земных недр полезных ископаемых. Например, существующие современные способы добычи нефти имеют коэффициент её извлечения $ 0,25$-$0,45$, а это означает, что большая часть геологических запасов остаётся в недрах. При повышении коэффициента нефтеотдачи хотя бы на $1$ % дает большой экономический эффект. «Ресурсная расточительность» $XX$ века перешла к эпохе рационального потребления ресурсов.

Этот переход связан с двумя основными моментами:

Благодаря энергетическому кризису $70$-х годов началось развитие энергосберегающих технологий и переход мировой экономики на интенсивный путь развития. Производственная и непроизводственная сферы в значительной степени уменьшили расходы энергии, следствием чего явилась экономия углеводородного сырья;
Из всего добываемого на планете сырья на производство готовой продукции идет только $20$ %, а вся остальная горная масса накапливается в отвалах. За многие десятилетия накопились миллиарды тонн горных пород. Здесь же лежат миллиарды тонн зольных отходов электростанций и шлаковых отходов металлургических предприятий. Многое из этих отходов можно использовать для получения новых веществ, например, для производства ряда металлов, химических продуктов, таких строительных материалов как кирпич, цемент, известь и др. Отсюда этот второй момент ассоциируется со снижением «прямой» ресурсной расточительности.

Энергетическая проблема

Суть проблемы состоит в том, что в настоящее время и в будущем человечество должно быть обеспечено топливом и энергией. Энергетическая проблема на планете появилась, потому что важнейшие органические и минерально-сырьевые ресурсы ограничены, а использование топливно-энергетических ресурсов растет быстрыми темпами.

Замечание 2

Небольшие энергетические кризисы имели место и в доиндустриальной экономике. В $XVIII$ веке в Англии, например, были исчерпаны лесные ресурсы, и стране пришлось перейти на уголь. Данная проблема была локальной, а глобальной она стала, когда разразился мировой энергетический кризис. Это были $70$-е годы $XX$ века. Цены на нефть резко поднялись, и мировая экономика испытала серьезные трудности.

Надо сказать, что возникшие затруднения были преодолены, но сама проблема обеспеченности топливом и энергией, сохранила своё значение. В процессе промышленного производства каждый работник в наше время использует энергию, равную примерно $100$ лошадиным силам. А одним из показателей качества жизни населения планеты является количество производимой энергии на одного человека. По общепризнанным нормам на душу населения необходимо производить $10$ кВт, а производится только около $2$ кВт.

Общепризнанных норм достигли некоторые высокоразвитые страны мира. Если учесть, что с одной стороны население планеты растет, а с другой стороны энергия и сырье используются нерационально, топливно-энергетические ресурсы по странам мира размещаются неравномерно, то следует, что их производство и потребление будут увеличиваться и дальше. К сожалению, энергетические ресурсы Земли не безграничны. При тех темпах, например, которые планируются в атомной энергетике, суммарные запасы урановых руд будут исчерпаны в первой половине $XXI$ века.

Если говорить о вещественном содержании, то причина топливно-энергетической проблемы связана с ростом масштабов вовлечения природных ресурсов в хозяйственное обращение при их ограниченности. Затратная экономика бывших социалистических стран была связана с огромными потерями энергетических ресурсов. Да и сегодня на производство единицы продукции страны СНГ расходуют сырья в $2$ раза больше, чем страны Западной Европы. Наращивание добычи топливных ресурсов продолжается. Открыты и эксплуатируются огромные нефтегазоносные площади в Западной Сибири, на Аляске, на шельфе Северного моря, что в свою очередь привело к ухудшению экологической ситуации.

Замечание 3

Специалисты подсчитали, что разведанных запасов угля при современном уровне его добычи должно хватить на $325$ лет, разведанных запасов газа хватит на $62$ года, а нефти на $37$ лет. С открытием новых месторождений энергоносителей пессимистические прогнозы $70$-х годов сменились на оптимистические взгляды, которые были основаны на более актуальной информации.

Пути решения проблем

В решении энергетической проблемы существует два пути – экстенсивный и интенсивный путь.

При решении проблемы экстенсивным путем требуется дальнейшее увеличение добычи энергоносителей и абсолютный рост энергопотребления. Для современной мировой экономики этот путь является актуальным, потому что в абсолютном выражении к $2003$ году мировое энергопотребление выросло с $12$ до $15,2$ млрд. тонн условного топлива. Такие страны как Китай, столкнувшийся уже с достижением предела собственного производства энергоносителей или Великобритания, столкнувшаяся с перспективой сокращения этого производства. Развитие событий таким путем заставляет страны искать способы более рационального использования энергоресурсов.

Решение проблемы интенсивным путем заключается в увеличении производства продукции на единицу энергозатрат.

Энергетический кризис ускорил внедрение энергосберегающих технологий и перестроил структуру экономики, что в значительной степени смягчило последствия энергетического кризиса. В настоящее время одна тонна сбереженного энергоносителя стоит в $3$-$4$ раза дешевле, чем дополнительно добытая тонна. К концу $XX$ века энергоёмкость хозяйства таких стран как США и Германия снизилась соответственно в $2$ и $2,5$ раза.

Например:

Энергоёмкость машиностроения в $8$-$10$ раз стала ниже, чем в металлургии и топливно-энергетическом комплексе;
Энергоёмкие производства выводились в развивающиеся страны. Энергосберегающая перестройка хозяйства давала до $20$ % экономии топливно-энергетических ресурсов в расчете на единицу ВВП;
Совершенствование технологических процессов функционирования оборудования является важным резервом повышения эффективности использования энергии. Направление в данном случае очень капиталоёмкое, но затраты на него в $2$-$3$ раза меньше расходов на увеличение добычи топлива и энергии.

Замечание 4

Как ни странно, такие государства как Россия, Китай, Индия, Украина стремятся развивать именно энергоёмкие производства – металлургия, химическая промышленность – при использовании устаревших технологий.

Рост энергопотребления в этих странах ожидается как в связи с повышением уровня жизни, так и с нехваткой у некоторых из них достаточных средств на снижение энергоёмкости хозяйства. Ещё долгие годы решение глобальной энергетической проблемы будет зависеть от расхода энергии на единицу произведенной продукции. Сегодня глобальная энергетическая проблема в понимании нехватки энергетических ресурсов в мире не существует. Сохраняется проблема обеспечения энергоресурсами в модифицированном виде.

Каковы пути решения глобальной сырьевой проблемы.

Проводить геолого-поисковые и геолого-разведочные работы. Их цель – увеличить разведанные запасы минерального сырья. Решение данной задачи идет довольно успешно. Например, разведанные запасы бокситов за послевоенный период увеличились в $36$ раз, а добыча увеличилась только в $10$ раз. За этот же период в $7$ раз увеличились разведанные запасы меди, а её добыча увеличилась в $3 $раза. Увеличились разведанные запасы нерудных полезных ископаемых – фосфоритов, калийных солей и др. Перспективными становятся поиски и разведка сырья на материковом шельфе, материковом склоне, и, даже, на глубоководном дне Мирового океана;
Полное и комплексное использование минеральных ресурсов, извлекаемых из недр планеты;
Снижение материалоёмкости производственных процессов и осуществление политики ресурсосбережения;
Важным элементом рационального природопользования должно стать широкое использование вторичного сырья;
Замена природного сырья искусственными материалами, по качеству не уступающих натуральным – это пластмассы, керамика, стекловолокно и другие материалы.

Замечание 5

России тоже необходим этот переход к ресурсосбережению, несмотря на то, что она имеет огромный природно-ресурсный потенциал. Хозяйство страны, развивавшееся экстенсивным путем, в последнее время стало испытывать кризисные явления. Месторождения природных ресурсов истощаются, растет стоимость их добычи, снижается прогнозная и действительная ресурсообеспеченность страны.

План

1)Введение

2)Энергетическая проблема мира

3)Пути решения сырьевой и энергетической проблемы

4)Альтернативные источники энергии

5)Заключение

6)Литература

Введение

В настоящее время, все большее значение приобретают проблемы природной среды и ее воспроизводства, ограниченность запасов органических и минеральных ресурсов . Эта глобальная проблема связана, прежде всего, с ограниченностью важнейших органических и минерально-сырьевых ресурсов планеты . Учёные предупреждают о возможном исчерпании известных и доступных для использования запасов нефти и газа, а так же об истощении других важнейших ресурсов: железной и медной руды, никеля, марганца, алюминия, хрома и т.д.

В мире действительно существует ряд природных ограничений. Так, если брать оценку количества топлива по трем категориям: разведанные, возможные, вероятные, то угля хватит на 600 лет, нефти - на 90, природного газа - на 50 урана - на 27 лет. Иными словами, все виды топлива по всем категориям будут сожжены за 800 лет. Предполагается, что к 2010 г. спрос на минеральное сырье в мире увеличится в 3 раза по сравнению с сегодняшним уровнем. Уже сейчас в ряде стран богатые месторождения выработаны до конца или близки к истощению. Аналогичное положение наблюдается и по другим полезным ископаемым. Если энергопроизводство будет расти возрастающими темпами, то все виды используемого сейчас топлива будут истрачены через 130 лет, то есть в начале ХХII в.

Энергетическая проблема мира

* найти систему инструментов, обеспечивающих соответствующие капиталовложения и структурные сдвиги внутри стран;

* найти политически приемлемые методы одобрения и поддержки своих избирателей, которые также вынуждены будут платить за сдвиги как через налоги, так и образ жизни при том, что некоторые из решений могут встретить сопротивление (например, атомная энергетика);

* сформировать приемлемую основу для взаимодействия с другими основными игроками на мировом энергетическом рынке.

Глобальные экологические проблемы энергетики

Парниковый эффект. Повышение концентрации углекислого газа в атмосфере вызывает так называемый парниковый эффект, который получил название по аналогии с перегревом растений в парнике. Роль пленки в атмосфере выполняет углекислый газ. В последние годы стала известна подобная роль и некоторых других газов (СН4 и N2О). Количество метана увеличивается ежегодно на 1%, углекислого газа - на 0,4%, закиси азота - на 0,2%. Считается, что углекислый газ ответственен за половину парникового эффекта.

Загрязнение атмосферы. Негативное влияние энергетики на атмосферу сказывается в виде твердых частиц, аэрозолей и химических загрязнений. Особое значение имеют химические загрязнения. Главным из них считается сернистый газ, выделяющийся при сжигании угля, сланцев, нефти, в которых содержатся примеси серы. Некоторые виды угля с высоким содержанием серы дают до 1 т сернистого газа на 10 т сгоревшего угля. Сейчас вся атмосфера земного шара загрязнена сернистым газом. Идет окисление до серного ангидрида, а последний вместе с дождем выпадает на землю в виде серной кислоты. Эти осадки называют — кислотными дождями . То же самое происходит и после поглощения дождем диоксида азота — образуется азотная кислота.

Озоновые "дыры". Впервые уменьшение толщины озонового слоя было обнаружено над Антарктидой. Этот эффект — результат антропогенного воздействия. Сейчас обнаружены и другие озоновые дыры. В настоящее время заметно уменьшение количества озона в атмосфере над всей планетой. Оно составляет 5-6% за десятилетие в зимнее время и 2-3% — в летнее время. Некоторые ученые считают, что это проявление действия фреонов (хлорфторметанов), но озон разрушается также оксидом азота, которые выбрасываются предприятиями энергетики.

Пути решения сырьевой и энергетической проблемы:

1. Снижение объёмов добычи;

2. Увеличение КПД добывания и производства;

3. Использование альтернативных источников энергии;

Снижение объёмов добычи очень проблематично, т.к. современному миру нужно всё больше и больше сырья и энергии, а их сокращение непременно обернётся мировым кризисом. Увеличение КПД также малоперспективен т.к. для его осуществления требуются большие капиталовложения, да и сырьевые запасы небезграничны. Поэтому приоритет отдаётся альтернативным источникам энергии.

Человечества с каждым годом приобретает все большие масштабы. Связано это с ростом населения планеты и интенсивным развитием технологий, что обуславливает постоянно растущий уровень потребления энергоресурсов. Несмотря на использование ядерной, альтернативной и гидроэнергии, львиную долю топлива люди продолжают добывать из недр Земли. Нефть, природный газ и уголь являются невозобновляемыми природными энергетическими ресурсами, к настоящему времени их запасы уменьшились до критического уровня.

Начало конца

Глобализация энергетической проблемы человечества началась в 70-х годах прошлого столетия, когда закончилась эра дешевой нефти. Дефицит и резкое подорожание этого вида топлива спровоцировали серьезный кризис в мировой экономике. И хоть стоимость его со временем снизилась, объемы неуклонно сокращаются, поэтому энергетическая и сырьевая проблема человечества становится все острее.

К примеру, только в период с 60-х по 80-е годы ХХ века мировой объем добычи угля составил 40%, нефти - 75%, природного газа - 80% от общего объема этих ресурсов, использованных с начала столетия.

Несмотря на то что в 70-х годах начался дефицит топлива и обнаружилось, что энергетическая проблема - это глобальная проблема человечества, прогнозы не предусматривали роста его потребления. Планировалось, что объемы добычи полезных ископаемых к 2000 году возрастут в 3 раза. Впоследствии, конечно, эти планы были снижены, но в результате крайне расточительной эксплуатации ресурсов, длившейся десятилетиями, на сегодняшний день их практически не осталось.

Основные географические аспекты энергетической проблемы человечества

Одной из причин растущего дефицита топлива является утяжеление условий его добычи и, как следствие, удорожание этого процесса. Если еще несколько десятков лет назад природные богатства лежали на поверхности, то сегодня приходится постоянно увеличивать глубину шахт, газовых и нефтяных скважин. Особенно заметно ухудшились горно-геологические условия залегания энергоресурсов в старых промышленных районах Северной Америки, Западной Европы, России и Украины.

Учитывая географические аспекты энергетической и сырьевой проблем человечества, нужно сказать, что их решение заключается в расширении ресурсных рубежей. Необходимо осваивать новые районы с более легкими горно-геологическими условиями. Таким образом можно снизить себестоимость добычи топлива. При этом следует учитывать, что общая капиталоемкость добычи энергоресурсов в новых местах, как правило, намного выше.

Экономические и геополитические аспекты энергетической и сырьевой проблем человечества

Истощение запасов природного топлива стало причиной возникновения жесточайшей конкурентной борьбы в экономической, политической и геополитической сферах. Гигантские топливные корпорации занимаются разделом топливно-энергетических ресурсов и переделом сфер влияния в этой отрасли, что влечет постоянные колебания цен на мировом рынке газа, угля и нефти. Нестабильность ситуации серьезно усугубляет энергетическую проблему человечества.

Глобальная энергетическая безопасность

Это понятие вошло в обиход в начале 21-го века. Принципы стратегии такой безопасности предусматривают надежное, долгосрочное и экологически приемлемое энергоснабжение, цены на которое будут обоснованы и устраивать страны как экспортирующие, так и импортирующие топливо.

Реализация этой стратегии возможна лишь при условии устранения причин энергетической проблемы человечества и практических мер, направленных на дальнейшее обеспечение мировой экономики как традиционными видами топлива, так и энергией из альтернативных источников. Причем развитию альтернативной энергетики должно быть уделено особое внимание.

Политика энергосбережения

Во времена дешевого топлива во многих странах мира сформировалась очень ресурсоемкая экономика. Прежде всего такое явление наблюдалось в государствах, богатых минеральными ресурсами. Возглавляли этот список Советский Союз, США, Канада, Китай и Австралия. При этом В СССР объем потребления условного топлива был в несколько раз больше, чем в Америке.

Такое положение вещей требовало срочного введения политики энергосбережения в коммунально-бытовом, промышленном, транспортном и прочих секторах экономики. С учетом всех аспектов энергетической и сырьевой проблем человечества начали разрабатываться и внедряться технологии, направленные на снижение удельной энергоемкости ВВП этих стран, и перестраиваться вся экономическая структура мирового хозяйства.

Успехи и неудачи

Наиболее заметных успехов в сфере энергосбережения удалось добиться экономически развитым странам Запада. За первые 15 лет им удалось снизить энергоемкость своего ВВП на 1/3, что повлекло сокращение их доли в мировом потреблении энергоресурсов с 60 до 48 процентов. На сегодняшний день эта тенденция сохраняется, и рост ВВП на Западе опережает растущие объемы потребления топлива.

Значительно хуже обстоят дела в Центрально-Восточной Европе, Китае и странах СНГ. Энергоемкость их экономики снижается очень медленно. Но лидерами экономического антирейтинга являются развивающиеся страны. К примеру, в большинстве африканских и азиатских стран потери попутного топлива (природного газа и нефти) составляют от 80 до 100 процентов.

Реалии и перспективы

Энергетическая проблема человечества и пути ее решения сегодня волнуют весь мир. Для улучшения существующей ситуации вводятся различные технико-технологические новшества. С целью энергосбережения усовершенствуется промышленное и коммунальное оборудование, выпускаются более экономичные автомобили и т. д.

К числу первостепенных макроэкономических мероприятий относится поэтапное изменение самой структуры потребления газа, угля и нефти с перспективой увеличения доли нетрадиционных и возобновляемых энергоресурсов.

Для успешного решения энергетической проблемы человечества необходимо особое внимание уделить развитию и внедрению принципиально новых технологий, доступных на современном

Атомная энергетика

Одним из наиболее перспективных направлений в сфере энергоснабжения является В некоторых развитых странах уже введены в эксплуатацию атомные реакторы нового поколения. Ученые-ядерщики сегодня опять активно обсуждают тему реакторов, работающих на быстрых нейронах, которые, как когда-то предполагалось, станут новой и значительно более эффективной волной атомной энергетики. Однако их разработка была прекращена, но ныне этот вопрос снова стал актуальным.

Использование МГД-генераторов

Прямое преобразование теплоэнергии в электроэнергию без паровых котлов и турбин позволяют выполнять магнитогидродинамические генераторы. Разработка этого перспективного направления началась еще в начале 70-х годов прошлого века. В 1971 году в Москве был произведен пуск первой опытно-промышленного МГД мощностью 25000 кВт.

Главными достоинствами являются:

высокий КПД;
экологичность (отсутствуют вредные выбросы в атмосферу);
моментальный запуск.

Криогенный турбогенератор

Принцип работы криогенного генератора заключается в том, что ротор охлаждается за счет чего получается эффект сверхпроводимости. К бесспорным преимуществам этого агрегата относятся высокий КПД, небольшая масса и габариты.

Опытно-промышленный образец криогенного турбогенератора был создан еще в советскую эпоху, а ныне подобные разработки ведутся в Японии, США и других развитых странах.

Водород

Использование водорода в качестве топлива имеет огромные перспективы. По мнению многих специалистов, эта технология поможет решить важнейшие лобальные проблемы человечества - энергетическую и сырьевую проблему. Прежде всего водородное топливо станет альтернативой природным энергоресурсам в машиностроении. Первый был создан японской компанией «Мазда» еще в начале 90-х годов, для него был разработан новый двигатель. Эксперимент оказался довольно удачным, что подтверждает перспективность этого направления.

Электрохимические генераторы

Это топливные элементы, которые также работают на водороде. Горючее пропускают сквозь полимерные мембраны со специальным веществом - катализатором. В результате химической реакции с кислородом сам водород преобразуется в воду, выделяя химическую энергию при сгорании, которая превращается в электрическую.

Двигатели с топливными элементами отличаются максимально высоким КПД (свыше 70 %), что вдвое больше, чем у обычных силовых установок. Плюс к этому они удобны в применении, бесшумны при работе и нетребовательны к ремонту.

Еще недавно топливные элементы имели узкую сферу применения, к примеру в космических исследованиях. Но ныне работы по внедрению электрохимических генераторов активно ведутся в большинстве экономически развитых государств, первое место среди которых занимает Япония. Общая мощность этих агрегатов в мире измеряется миллионами кВт. К примеру, в Нью-Йорке и Токио уже действуют электростанции на таких элементах, а немецкий автопроизводитель «Даймлер-Бенц» первым создал рабочий прототип автомобиля с двигателем, работающим по этому принципу.

Управляемый термоядерный синтез

Уже несколько десятков лет ведутся исследования в области термоядерной энергетики. В основе атомной энергии лежит реакция деления ядер, а термоядерная базируется на обратном процессе - ядра изотопов водорода (дейтерия, трития) сливаются. В процессе ядерного сжигания 1 кг дейтерия количество выделяемой энергии превосходит в 10 миллионов раз аналогичный показатель, получаемый от угля. Результат поистине впечатляющий! Именно поэтому термоядерная энергетика считается одним из наиболее перспективных направлений в решении проблем глобального энергетического дефицита.

Прогнозы

Сегодня существуют различные сценарии развития ситуации в мировой энергетике в будущем. Согласно некоторым из них, к 2060 году глобальное энергопотребление в нефтяном эквиваленте возрастет до 20 млрд тонн. При этом по объемам потребления ныне развивающиеся страны обгонят развитые.

К середине 21-го века должен значительно уменьшиться объем ископаемых видов энергоресурсов, но увеличится доля возобновляемых, в частности ветровых, солнечных, геотермальных и приливных источников энергии.

Экстенсивный путь решения энергетической проблемы предполагает дальнейшее увеличение добычи энергоносителей и абсолютный рост энергопотребления. Этот путь остается актуальным для современной мировой экономики. Мировое энергопотребление в абсолютном выражении с 1996 по 2003 г. выросло с 12 млрд до 15,2 млрд т условного топлива. Вместе с тем ряд стран сталкивается с достижением предела собственного производства энергоносителей (Китай) либо с перспективой сокращения этого производства (Великобритания). Такое развитие событий побуждает к поискам способов более рационального использования энергоресурсов.

На этой основе получает импульсинтенсивный путь решения энергетической проблемы, заключающийся прежде всего в увеличении производства продукции на единицу энергозатрат. Энергетический кризис 70-х гг. ускорил развитие и внедрение энергосберегающих технологий , придает импульс структурной перестройке экономики. Эти меры, наиболее последовательно проводимые развитыми странами, позволили в значительной степени смягчить последствия энергетического кризиса.

В современных условиях тонна сбереженного в результате сберегающих мер энергоносителя обходится в 3-4 раза дешевле, чем тонна дополнительно добытого. Это обстоятельство явилось для многих стран мощным стимулом повышения эффективности использования энергоносителей . За последнюю четверть XX в. энергоемкость хозяйства США снизилась вдвое, а Германии - в 2,5 раза.

Под воздействием энергетического кризиса развитые страны в 70-80-х гг. провели масштабную структурную перестройку экономики в направлении снижения доли энергоемких производств. Так, энергоемкость машиностроения и особенно сферы услуг в 8-10 раз ниже, чем в ТЭК или в металлургии. Энергоемкие производства сворачивались и переводились в развивающиеся страны. Структурная перестройка в направлении энергосбережения приносит до 20% экономии топливно-энергетических ресурсов в расчете на единицу ВВП.

Важным резервом повышения эффективности использования энергии является совершенствование технологических процессов функционирования аппаратов и оборудования. Несмотря на то что это направление является весьма капиталоемким, тем не менее эти затраты в 2-3 раза меньше расходов, необходимых для эквивалентного повышения добычи (производства) топлива и энергии. Основные усилия в этой сфере направлены на совершенствование двигателей и всего процесса использования топлива.

В то же время многие государства с формирующимися рынками (Россия, Украина, Китай, Индия) продолжают развивать энергоемкие производства (черная и цветная металлургия, химическая промышленность и др.), а также использовать устаревшие технологии. Более того, в этих странах следует ожидать роста энергопотребления как в связи с повышением жизненного уровня и изменением образа жизни населения, так и с нехваткой у многих из этих стран средств на снижение энергоемкости хозяйства. Поэтому в современных условиях именно в странах с формирующимися рынками происходит рост потребления энергетических ресурсов, тогда как в развитых странах потребление сохраняется на относительно стабильном уровне. Но необходимо иметь в виду, что энергосбережение в наибольшей степени проявило себя в промышленности, но под влиянием дешевой нефти 90-х гг. слабо сказывается на транспорте.

На современном этапе и еще на долгие годы вперед решение глобальной энергетической проблемы будет зависеть от степени снижения энергоемкости экономики, т.е. от расхода энергии на единицу произведенного ВВП.

Таким образом, глобальной энергетической проблемы в ее прежнем понимании как угрозы абсолютной нехватки ресурсов в мире не существует. Тем не менее проблема обеспечения энергоресурсами сохраняется в модифицированном виде.

Во второй половине XX в. хозяйственное воздействие на природу достигло размеров, при которых она стала утрачивать способность к самовосстановлению.

Проблема экологии и устойчивого развития - это проблема прекращения вредного воздействия деятельности человека на окружающую среду.

Еще в середине прошлого века экология была внутренним делом каждой страны, потому что загрязнение в результате промышленной деятельности проявлялось лишь в районах с повышенной концентрацией экологически вредных производств. В 1980-е гг . экологическая проблема стала региональной: вредные выбросы достигают близлежащих стран, приходят вместе с ветром и облаками от соседей (кислотные дожди, порожденные выбросами в атмосферу отходов промышленных производств Великобритании и ФРГ, выпадали в Швеции и Норвегии, а в Великих озерах на границе США и Канады живые организмы погибали от ядовитых стоков американских предприятий).

В 1990-х гг. экологическая проблема вышла на глобальный уровень, что проявляется в следующих негативных тенденциях:

ресурсы , которые принято считать возобновляемыми (тропические леса, рыбные ресурсы и др.) в мире просто не успевают самовосстанавливаться ;
происходит разрушение мировой экосистемы , исчезает все больше представителей флоры и фауны, нарушая экологический батане в природе;
все большие территории планеты становятся зоной экологического бедствия. Так, бурное экономическое развитие Китая, сопровождающееся извлечением гигантских объемов природных ресурсов (например, в 2006 г. было добыто 2,4 млрд т угля) и столь же огромным размером экологически грязного производства (выплавка стали достигла 420 млн т), превратило эту страну в сплошную зону экологического бедствия;
самой сложной и потенциально наиболее опасной проблемой становится возможное изменение климата , которое выражается в росте средней температуры, что, в свою очередь, ведет к росту частоты и интенсивности экстремальных природно-климатических явлений: засух, наводнений, смерчей, резких оттепелей и заморозков, которые наносят значительный экономический ущерб природе, человеку и экономике стран.

Климатические изменения принято связывать с усилением «парникового эффекта» - роста концентрации парниковых газов в атмосфере, которые попадают туда от сжигания топлива, попутного газа в местах добычи, с одной стороны, и сведения лесов и деградации земель - с другой. Хотя существует и другая точка зрения: потепление климата связано не с увеличением концентрации СО, в атмосфере, а с вековыми ритмами солнечной активности и вытекающими из этого климатическими циклами на Земле.

Основные последствия загрязнения окружающей среды сводятся к следующему:

наносится вред здоровью человека и сельскохозяйственных животных;
загрязненные территории становятся малопригодными или вообще непригодными для проживания людей и их хозяйственной деятельности и 3) загрязнение может привести к нарушению способности биосферы к самоочищению, ее полному разрушению.

Обострение экологических проблем в развитых странах привело уже в 70-х гг. к резкому изменению государственной политики в области охраны окружающей среды. В ряде стран Западной Европы возникли тогда влиятельные партии и движения «зеленых». Государство стало устанавливать все более и более жесткие экологические нормативы. К 2000 г. произошел рост расходов на природоохранные мероприятия до 250 млрд долл., что более чем в 6 раз превысило уровень расходов в 1970 г. Развитые страны в среднем расходуют до 1,7% своего ВНП на экологические нужды, но этого мало, так как величина ущерба, наносимого природной среде, ежегодно исчисляется примерно 6% ВНП.

В 1980-х гг. мировое сообщество пришло к пониманию, что экологические проблемы не могут быть решены в границах отдельного государства, так как благодаря глобальным круговоротам вещества и энергии географическая оболочка является единым природным комплексом. Это привело к возникновению концепции устойчивого развития (sustainable development), которая предполагает развитие всех стран мира с учетом жизненных потребностей нынешнего поколения людей, но без лишения этой возможности будущих поколений.

Концепция устойчивого развития была одобрена на Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г. Она предполагает построение устойчивой глобальной экономики, которая смогла бы решить проблему загрязнения планеты, сокращения ресурсов, одним словом, восстановить экологический потенциал планеты для будущих поколений. Причиной экологических бедствий авторы концепции провозглашают быстрое экономическое развитие ведущих стран мира, а также значительный рост населения Земли.

В результате мировая экономика сталкивается с противоречием: каким образом поддерживать устойчивое развитие, одновременно ослабляя негативное воздействие хозяйственной деятельности на экологию. Сократить уровень экологической нагрузки можно в принципе тремя способами:

снижение численности населения;
сокращение уровня потребления материальных благ;
проведение фундаментальных изменений в технологии.

Первый способ фактически уже реализуется естественным образом в развитых и многих переходных экономиках, где значительно снизилась рождаемость. Постепенно этот процесс охватывает все большую часть развивающегося мира. Однако рост общей численности мирового населения будет продолжаться, по крайней мере, еще несколько десятилетий.

Сокращение уровня потребления едва ли возможно, хотя в последнее время в развитых странах складывается новая структура потребления, в которой преобладают услуги и экологически чистые компоненты и продукты повторного использования.

Поэтому первостепенное значение для устойчивого развития мировой экономики приобретают технологии, направленные на сохранение экологических ресурсов планеты :

ужесточение мер по предотвращению загрязнения окружающей среды. Сегодня действуют жесткие международные и национальные нормы, оговаривающие содержание вредных веществ, например, в выхлопных газах автомобилей, что заставляет автомобилестроительные компании выпускать экологически менее вредные автомобили. В результате ГНК, обеспокоенные негативной реакцией своих потребителей на экологические скандалы, стремятся следовать принципам устойчивого развития во всех странах, где они действуют;
создание экономичных продуктов, которые можно использовать повторно. Это позволяет уменьшить рост потребления природных ресурсов;
создание чистых технологий. Проблема здесь состоит в том, что во многих отраслях промышленности применяются устаревшие технологии, не отвечающие потребностям устойчивого развития. Например, в целлюлозно-бумажной промышленности многие производственные процессы строятся на основе использования хлора и его соединений, которые являются одними из самых опасных загрязнителей, и изменить ситуацию может только применение биотехнологий.

К настоящему времени развитые страны смогли снизить уровень загрязнения окружающей среды или, по крайней мере, стабилизировать его. Примером является Япония, страдавшая в 1960-1970-е гг. от непомерного загрязнения атмосферы многочисленными металлургическими заводами, тепловыми электростанциями на угле и т.д., но сумевшая к настоящему времени приобрести статус одной из самых передовых в экологическом смысле стран мира. Однако это произошло не только за счет использования вышеупомянутых технологий, но и потому, что Япония и другие развитые страны заметно переориентировались на формирующиеся экономики как производителей той продукции, выпуск которой сильно загрязняет окружающую среду (химия, металлургия и др.). Причем процесс сворачивания «грязных» производств в развитых странах шел не столько сознательно, сколько стихийно, как вытеснение местной продукции более дешевой импортной, хотя ТНК развитых стран содействовали этому, перенося «грязные» производства в страны с более низкими издержками.

В результате во многих из этих стран проблема экологии и устойчивого развития стала обостряться.

Наиболее впечатляющим примером международной экологически ориентированной политики является Киотский протокол . Этот документ был принят в 1997 г. на Третьей конференции участников Рамочной конвенции ООН об изменении климата в Киото (Япония) и в 2005 г. вступил в силу после ратификации его государствами, на долю которых приходится 55% мировых выбросов СО,. В Киотском протоколе участвуют в основном страны Европы. Россия и Япония, тогда как США и Австралия вышли из нею по экономическим причинам, а большинство остальных стран не подписали его. Цель Киотского протокола - сокращение выбросов парниковых газов на 5,2% ниже уровня 1990 г. для развитых стран в 200S-2012 гг. В Киотском протоколе предусмотрены основанные на рыночных механизмах способы сокращения выбросов:

механизм чистого развития - развитые страны получают зачеты за счет инвестирования в проекты сокращения выбросов в развивающихся странах;
совместное осуществление - страны получают зачеты за счет инвестирования в проекты сокращения выбросов в развитых странах;
международная торговля выбросами - страны покупают и продают зачеты выбросов между собой.

Надо заметить, что сокращение выбросов дорого обойдется развитым странам. Выгоды, к которым приведут усилия по предотвращению изменения климата, станут очевидными лишь в долгосрочной перспективе, тогда как издержки, связанные с такими мерами, придется нести в настоящее время.

Демографическая проблема

Глобальная демографическая проблема состоит из двух частей: