Всемирная энергетическая система - доклад

ВЛАДИМИР ШКОЛЬНИК, БУЛАТ КАНИМОВ, ЭЛЬМИРА КАНИМОВА, ОПУБЛИКОВАНО 17.12.2019

 

….

Мировая энергетика: состояние и прогноз

Беспрецедентные темпы технологического развития мировой цивилизации в последние 150 лет, сопровождавшиеся таким же ростом населения Земли, были обеспечены углеводородным топливом и доступной электроэнергией: нефть - транспорт и новые химические продукты, уголь - тепло и производство электроэнергии, газ - тепло, транспорт и электроэнергию, электроэнергия обеспечила технологическую революцию.

Более 80% энергии, потребляемой человечеством, производится из углеводородного топлива, и эта тенденция сохранится ещё по крайней мере 15-20 лет. На остальные источники, включая гидро, атомные, ветровые, солнечные и др. приходится менее 20%. Баланс существенно не изменится до 2030-2035 годов (Рис.1).

Согласно прогнозам ведущих аналитических центров, при нынешних темпах добычи запасы углеводородного топлива закончатся: нефть - 50-55 лет, газ - 60-65 лет, уголь - 120-150 лет. По мере истощения запасов углеводородов цена будет расти, что приведёт к росту стоимости коммунальных услуг, транспорта, продуктов питания, нарастанию политической напряжённости.

Альтернативные и известные возобновляемые источники энергии по энергетическим, технологическим и экологическим показателям в кратко-среднесрочным периоде не способны заменить углеводороды и их доля в общей энергетике не сможет оказать существенного влияния на обеспечение энергией человечества.

 

Энергетика и климат Земли

Глобальное потепление вызывает обеспокоенность мировой общественности, поиск причин и анализ возможных последствий вплоть до катастрофических сценариев.

Факт глобального потепления неоспорим (Рис.2). За последние 50 лет средняя температура увеличилась на 1 градус (National Climatic Data Center [US]). Температурная аномалия нарастает с видимым ускорением в период 1980-2015 годов. Принято считать, что основная доля вины лежит на деятельности человека и, в частности, связана с выбросами парниковых газов (углекислый газ, метан).

 

Однако прямой корреляции между выбросами углекислоты и увеличением температуры Земли не наблюдается. На Рис.3 приведена динамика изменения температуры океана и суши Земли (National Climatic Data Center [US]) и выбросы углекислоты от сжигания топлива (Enerdata).

Характер зависимости позволяет предположить о несоответствии углекислотной модели динамике глобального потепления: увеличение на 30% эмиссии углекислоты в период 1966-1977 годов не привело к увеличению температуры, увеличение эмиссии углерода на 20% в период 2004-2014 также не привело к росту температуры.

Кроме того, линейное увеличение по годам выбросов углекислоты не может быть причиной нарастающей по экспоненте температурной аномалии.

Очевидно влияние других не менее значимых факторов.

 

Тепловые выбросы. Тепловые отходы человечества, в силу спектроскопических особенностей атмосферы Земли, не могут излучаться в космическое пространство, что может приводить к нарушению теплового баланса и росту температуры на Земле.

Динамика накопления тепла по этому механизму в период до 2035 года приведена на Рис.4 и может объяснить экспоненциальный рост температуры Земли и наблюдаемые климатические катаклизмы.

Проблема усугубляется ещё и тем, что основная доля тепловых отходов приходится на Северное полушарие и территории трёх стран/объединений (США - 17,8%, Евросоюз - 12%, КНР - 23%, в сумме - 52,8%) с высокой плотностью населения и потребления энергии.

Предпочтительность этой модели температурной аномалии подтверждается на Рис.4а - аномалия растёт практически линейно (красный тренд и уравнение) с величиной накопленного тепла, и даже увеличение степени полинома до пятого порядка (синий тренд и уравнение) практически не меняет достоверность этой зависимости.

Это воздействие приведёт к увеличению температурной аномалии к 2050 году до 2,2-2,5°C, а к 2100 году до 5,5-6°C.

Увеличение производства энергии до уровней потребности растущего человечества в XXI веке приведёт к тому, что фактор, связанный с выбросами тепловых отходов, превзойдёт влияние потепления, связанное с аномалиями излучения Солнца.

Если предположение о влиянии техногенной деятельности на нарушение теплового баланса верно, то вывод очевиден - с ростом производства и потребления энергии проблема глобального потепления в будущем значительно обострится. Тепловые отходы станут основной причиной температурных аномалий независимо от видов используемых источников энергии.

Снизить мировое потребление энергии практически невозможно. Все страны прикладывают усилия по ограничению выбросов парниковых газов и в то же время стремятся к развитию экономик и повышению уровня жизни растущего населения, что невозможно без увеличения потребления энергии.

Главная задача - в условиях растущего производства и потребления энергии и невозможности быстрого закрытия существующих энергетических отраслей необходимы технологии контроля и управления климатом Земли.

 

Энергетика будущего

Полагая, что к 2100 году подавляющее большинство населения Земли должно быть обеспечено энергией на уровне, соответствующем сегодняшнему потреблению в развитых странах, полное удовлетворение потребности человечества в энергии в 2100 году при населении в 11,213 миллиардов составит 55,98 миллиардов т.н.э./год (2,34×10²¹ Дж/год).

При среднем КПД производства энергии 68% в 2100 году должно производится 81,68 миллиардов т.н.э./год (3,42×10²¹ Дж/год) или в 4,2 раза больше, чем в 2015 году.

Вся эта энергия в соответствии с физическими законами станет тепловыми отходами и их накопление неизбежно приведёт к катастрофическому глобальному потеплению, которое к 2100 году может достигнуть 5,5-7°C, подъёму уровня океана на 6-9 м, исчезновению ледников - источников питьевой воды для многих регионов.

На сегодня не существует источников, способных обеспечить даже часть объёмов производства энергии, требуемых к 2100 году, тем более при грядущем исчерпании углеводородов…