• en0318 200
    № 3 (103) Май-Июнь 2018
  • tn0718 200
    № 7 (140) Июль 2018
  • gn0218 200
    № 2 (30), 2018 г.
  • tn0618 200
    № 6 (139) Июнь 2018
  • reg0318 200
    № 3 (59) Май-Июнь 2018
  • en0218 200
    № 2 (102) Март-Апрель 2018
  • tn0517 200
    № 5 (138) Май 2018
  • reg0218 200
    № 2 (58) Март-Апрель 2018
  • tn0418 200
    № 4 (137) Апрель 2018
  • gn0118 200
    № 1 (29), 2018 г.
  • reg0118 200
    № 1 (57) Январь-Февраль 2018
  • tn0318 200
    № 3 (136), Март 2018
  • en0118 200
    № 1 (101) Январь-Февраль 2018
  • tn0218 200
    № 1-2 (134-135), Январь-Февраль 2018
  • gn0417 200
    № 4 (28), 2017 г.
  • en1217 200
    № 11-12 (99-100) Ноябрь-Декабрь 2017

Парниковый эффект и возобновляемая энергетика

news111217-3.1Борис Гордон,
главный научный сотрудник ФБУ «НТЦ-ЯРБ»,
профессор, д.т.н.
 
На полях Конгресса
 
В июне 2017 года в столице Республики Казахстан г. Астане открылась очередная международная выставка ЭКСПО.  В рамках сопутствующих ей мероприятий 19-20 июня состоялся Всемирный конгресс инженеров и учёных по тематике «Энергия будущего: инновационные сценарии и методы их реализации» (WSEC-2017). Подробное описание и материалы Конгресса можно найти на его сайте.

По сведениям организаторов было прислано около 400 докладов, из них выбрано 240, а заслушано 150. Остальные, – по-видимому, получили статус стендовых. В Конгрессе приняли участие 1250 участников, в том числе, около 300 представителей 51-й  страны. Среди них было пять лауреатов Нобелевской премии и восемь лауреатов премии «Глобальная энергия».
Главной интенцией Конгресса стала констатация того, что «впервые в мировой истории технологии использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) стали доступными для массового использования в самых разнообразных регионах мира и резко повысили свою конкурентоспособность». При этом процесс удешевления технологий и снижения стоимости электроэнергии ВИЭ продолжается столь активно, что «общая доля возобновляемых источников в мировом производстве электроэнергии превысила 20%. Достигнутый прорыв во многом стал возможным благодаря углубленному анализу сущности и причин глобального потепления и климатических изменений на Земле, повышению внимания к антропогенной составляющей этих процессов». Цитаты взяты из проекта Декларации Конгресса, принятой на его пленарном заседании.

Надо подчеркнуть, что я делал доклад на секции, посвящённой проблемам атомной энергетики. Проблематика развития ВИЭ, глобального потепления и антропогенного влияния на климат не входит в круг моих профессиональных компетенций. Как говаривал Козьма Прутков: «Многие вещи нам непонятны не потому, что наши понятия слабы, но потому, что сии вещи не входят в круг наших понятий». Вместе с тем, представляется полезным рассмотреть проблематику глобального потепления, исходя из анализа экспериментальной техники измерения параметров столь нестандартного тела, как наша планета. Мне не встречался такой подход, возможно, в силу ограниченности моих знаний.  Во всяком случае, сделанный анализ может претендовать не более, чем на его самостоятельность, поскольку  приведённые цитаты порождают сомнения в достаточной изученности «сущности и причин глобального потепления и климатических изменений».

Думается, каждый из нас заинтересован в осмыслении этих общечеловеческих проблем, и было бы грешно не воспользоваться сведениями из докладов и краткими контактами со столь авторитетными специалистами, собравшимися на Конгресс, для развития своего понимания этой проблематики. Тем более, что она тесно связана с представлениями, развитыми в /1/. В начале 1920-х годов родилось понятие «ноосфера» как предвидение будущего воздействия разума на планетарные процессы. Понятие «ноокосмогенеза» возникло в результате учёта и анализа возможных путей развития разума в прошлом, как вариант взаимосвязи планетарных и космических процессов.

В науке найдётся немного теорий и концепций, по поводу которых у учёных не было бы обоснованных  альтернативных мнений. Не стала исключением и концепция глобального потепления вследствие парникового эффекта. Одни специалисты с цифрами и графиками доказывают очевидный рост температуры Земли и концентрации парниковых газов в последние десятилетия. Другие – интерпретируют его как флуктуацию  планетарных процессов, не зависящих от деятельности человека и изменяющихся по собственным законам и природным причинам в периоды сотен тысяч и миллионов лет. Третьи – считают не доказанным само явление возрастания температуры Земли и т.п. Но даже среди тех, кто признаёт наличие роста температуры и концентрации парниковых газов, больше всего споров именно о его причинах: являются ли они природными или антропогенными. Собственно именно здесь растёт яблоко раздора, так как от выбора концепции зависят многие политические, социальные и технологические перспективы нашей цивилизации.

Я не настолько самонадеян, чтобы вмешиваться в профессиональные дискуссии специалистов. На базе имеющихся знаний можно только сформировать вопросы, ответы на которые я не нашёл в открытом доступе.  Упомянутый выше дискурс /1/ подразумевает, что современное состояние наших знаний может рассматриваться как вершина только по отношению к прошлому. В любых областях современных наук объём грядущих знаний представляется огромным по сравнению с имеющимися, и наша цивилизация ещё находится в младенческом возрасте. Так что возможности так называемого здравого смысла далеко не исчерпаны. И назначение данной статьи – добавить к рассмотренным на Конгрессе вопросам собственные аргументы, вытекающие из личного опыта и ряда общих представлений. Недостаток моих профессиональных знаний в рассматриваемых областях может служить как объектом критики, так и удобным индикатором для специалистов, приглашением высказаться по затронутым проблемам, а именно:
o    насколько установлена и обоснована тенденция изменения физических параметров, определяющих глобальное потепление,
o    каковы погрешности их измерений и расчётов,
o    насколько обоснована величина антропогенного воздействия на природные процессы
o    и самое главное, можно ли на базе имеющихся знаний о парниковом эффекте строить стратегию развития энергетики.
 
Далее последовательно будут изложены соображения по поводу изменения каждой из характерных физических величин.
 
Глобальное потепление
 
Глобальное потепление – это возрастание температуры Земли, которая пока не может быть прямо измерена и принципиально является расчётной величиной, зависящей от количества локальных измерений, координат их расположения, частоты опроса и т.п. От алгоритма её расчёта будет зависеть конечный результат. Измерение средней температуры тел, много больших, чем размеры чувствительного элемента, представляет собой сложную задачу: когда датчиков много, возникает проблема осреднения: среднее арифметическое, среднее по поверхности, объёму, массе и т.п. Изменение средней температуры от времени можно зафиксировать только при строгом сохранении как размещения датчиков, так и метода осреднения. В основе такого алгоритма лежит методика осреднения измеренных значений локальных температур, являющаяся предметом согласия, а не законом природы. В этом – корень высказываемых сомнений.

 Измерение каждого физического параметра имеет свои особенности. Температура может измеряться прямыми и косвенными, контактными и бесконтактными методами. Последние – возникли сравнительно недавно, и результаты их измерений могут использоваться лишь за период менее 100 лет. Систематические прямые измерения локальных температур атмосферы для метеорологических целей контактными методами проводятся чуть более 200 лет, так что сведения о её величине вне этого периода получены по косвенным свидетельствам.
 Любой контактный термометр имеет чувствительный элемент, помещаемый в измеряемую среду, который фиксирует температуру не измеряемой среды, а самого элемента. Более того, наличие термометра искажает температурное поле среды. По существу термодатчик показывает зависимость изменения некой физической величины  от собственной температуры чувствительного элемента: объёма ртути или спирта в привычных бытовых термометрах – от температуры наконечника термометра, величины электродвижущей силы – от температуры горячего спая термопары, тока в цепи термометра сопротивления – от его среднемассовой температуры и т.п.

Так как средняя температура планеты, рост которой определяет эффект глобального потепления, – это величина расчётная, то алгоритм расчёта должен учитывать все разнообразные условия в точках измерения. Действительно, говоря о потеплении, имеют в виду, что средняя температура Земли увеличивается по годам. Но какой параметр можно назвать средней за год температурой планеты? Поверхности океана или суши, и на какой высоте от уровня моря? В литературе содержатся сведения, что средняя температура поверхности суши – 15оС, океана – 3,5оС. Соответственно, температуры воздуха над сушей и океаном будут различаться в зависимости ещё и от локальных условий: расстояние от поверхности, наличие ветра, осадков, радиации и т.д.

Температура воздуха существенно изменяется  по высоте от поверхности планеты и  зависит от того, над сушей или над океаном она измеряется. Поверхность океана втрое больше, чем суши, и температура над ним стабильнее за счёт аномально высокой теплоёмкости воды. Осуществление регулярных измерений температуры в одних и тех же местах океана весьма проблематично. В то же время движение воздушных масс над ними зависит от различных обстоятельств. В течение суток температура в любой точке переменна во времени так же, как она существенно изменяется в течение года. И в разных местах она должна измеряться синхронно с учётом произвольно нарезанных часовых поясов.

То есть температура поверхности планеты весьма неоднородна: в любое мгновение перепад температур между пустыней и Антарктикой может превышать 100оС. При этом она нестационарна: в одной точке суточные перепады температур между днём и ночью могут составлять 10 – 50оС, сезонные –  между зимой и летом могут достигать также 100оС. Так как от концепции осреднения температуры по пространству и времени будет зависеть сама величина параметра, то, в науке будут равно сосуществовать альтернативные концепции. Выбор из них может быть сделан только на основании экспериментов, длительность которых должна быть много больше времени осреднения.

Представляется, что систематические измерения температуры планеты, проводимые всего пару столетий, просто совпали с началом изучения изменений климата, природного и антропогенного влияния и т.п., но этого времени ещё явно не достаточно для обоснованного заключения о тенденции и причинах изменения температуры планеты. Поэтому существуют большие сомнения в том, что температура Земли возрастает, так как мы ещё только приступили к её измерениям.

Что же касается расчётов погрешности измерения нестационарных температур, то они как раз принципиально зависят от учёта всех вышеперечисленных и неопределённых обстоятельств. Абсолютные погрешности измерения локальных температур в точке вполне можно оценить в 0,1оС, проблема состоит в расчёте погрешности измерения средних температур, которая зависит от методики осреднения и по времени, и по пространству.

Для оценки приведу пример из собственного опыта. В 1970-х годах мне довелось участвовать в разработке методики измерения герметичности защитной оболочки V блока Нововоронежской АЭС. Её свободный объём составлял около 60 тыс. кубометров и основным параметром, по которому рассчитывалась величина неплотности или протечки в защитной оболочке, было изменение среднеобъёмной температуры воздуха за время измерений.

 В случае аварии с разуплотнением контура теплоносителя эта характеристика оказывалась решающей для расчётов радиационной безопасности человека. Её можно было измерять разными датчиками. При применении термопар следовало доказать представительность распределения их горячих спаев по объёму. Для термометров сопротивления обосновывалась представительность размещения каждого из них по гермозоне. Суммарная погрешность оценивалась в несколько градусов и зависела, в основном, именно от условий размещения термодатчиков.

Этот опыт порождает скепсис в способности современной измерительной аппаратуры регистрировать повышение на 1-2 градуса за столетие средней температуры столь огромного и неоднородного тела, как наша планета. Вообще говоря, любой человек может сам поучаствовать в научном споре и на собственном опыте попытаться решить возникающие проблемы, чтобы проверить, как изменяется температура со временем в произвольно выбранной точке. Ведь основная задача состоит не только в самом измерении температуры, но и в фиксации её изменения из года в год.

Поместим термометр в отдалении от техногенных источников энергии, условимся считать его показания температурой Земли и будем записывать их, например, несколько раз в день. Рассмотрим только некоторые из проблем, с которыми нам придётся столкнуться при обработке результатов. На показания будут существенно влиять суточные и сезонные изменения, наличие ветров, осадков, солнечной радиации т.п. Если чувствительный элемент термометра разместить в замкнутом объёме, то термометр будет реагировать на все внешние воздействия через теплообмен этого объёма с окружающей средой и теплопередачу через его стенки к термометру.

Затем нам предстоит осреднить температуру за день по времени суток, затем осреднить среднесуточные температуры за год, и тогда можно будет сравнивать среднегодовые температуры между собой. Затем эту деятельность надо завещать своим потомкам на «смехотворный период» хотя бы в несколько столетий.

При этом делается молчаливое допущение, что температура в выбранном нами месте измерения и другими людьми будет считаться температурой всей планеты подобно тому, как температура подмышек считается температурой всего тела. Согласие необходимо, однако понятно, что локальные особенности места измерения могут существенно искажать результаты: близость пустынь, ледников, постоянные ветры и т. п. Это очень важный момент: мы измеряем температуру в произвольной точке и договариваемся считать её температурой всей Земли. Причём, если мы организуем измерения в тысячах точек на поверхности Земли, их представительность оказывается столь же недоказуемой, так как каждое показание будет иметь такие же особенности, а их среднее является не одной из объективных характеристик планеты, а предметом договорённости.

Именно понимание многоступенчатости методики определения среднегодовой температуры, зависимости её от многих неуправляемых факторов  и недоказанных допущений формирует сомнения в том, что погрешность окончательного результата измерения годовой температуры может быть меньше самих рассчитываемых величин. И оценки изменений диапазона температуры в 1-2оС  с такими погрешностями вряд ли можно признать достоверными.

Не менее приблизительны оценки антропогенного вклада в тепловыделение, которые рассчитываются сопоставлением количества энергии от разных техногенных источников с природными: солнечная радиация, теплопередача изнутри планеты и т.п. В многочисленной литературе можно найти эту величину в диапазоне от долей процента до десятков процентов. Основная проблема состоит в том, что в этих работах также не приводятся методики расчёта, без анализа которых невозможна проверка его результатов. Ведь нельзя исключить, что фиксируемые изменения температур являются следствиями долговременных планетарных или космических воздействий.

Высказанные сомнения рождают опасения, что на современном уровне развития измерительной аппаратуры в принципе нельзя однозначно измерить среднюю температуру столь громадного тела, как Земля. Тем более нельзя зафиксировать достоверность изменения результатов измерений во времени. Во всяком случае, представления о том, что температура Земли за последние пару веков достоверно возрастает, и этот рост обусловлен именно антропогенной деятельностью, представляются не доказанными и нуждающимися в дальнейшем изучении.
 
Парниковый эффект

Похожие сомнения возникают при анализе измерений концентрации парниковых газов: водяного пара, двуокиси углерода, метана и др. Влияние этих газов на тепловой баланс планеты состоит в том, что они прозрачны для падающих солнечных лучей, но отражают вовнутрь инфракрасное излучение от Земли подобно парниковой плёнке.

Концентрация этих газов в атмосфере – также величина расчётная, и её значение зависит не только от результатов локальных измерений, но и от методики, обобщающей эти результаты. Трудности с осреднением концентраций газов и оценкой погрешностей их изменения в такой же степени существуют, как и при измерении температуры.

В литературе можно найти данные о том, что средние объёмные концентрации этих газов в атмосфере составляют в процентах: водяной пар – примерно 0,2-2,5 в зависимости от места измерения; углекислый газ –  0,04; метан – 1.7 10-4 . Но так же, как и в случае с температурой, не приводятся методики осреднения значений экспериментально измеренных концентраций для всей планеты.

 Так как водяной пар легче воздуха, а углекислый газ тяжелее, то их распределение по высоте будет различно. Причём каждый из газов вносит свой вклад в парниковый эффект: водяной пар 35-70%, углекислый газ 10-25%, а метан 5-10%. Рассмотрим воздействие первых из них по очереди.

Концентрация водяного пара в атмосфере зависит, в основном, от динамического равновесия на границе раздела фаз и условий переноса пара в атмосфере. Так как поверхность планеты на три четверти покрыта водой, а на четверть состоит из суши, то межфазные взаимодействия будут различны и многообразны с возникновением циклонов, ветров, гроз и других известных природных явлений, влияющих на концентрацию пара.

  Более того, существует известная положительная обратная связь между концентрацией водяного пара и температурой атмосферы: возрастание концентрации пара повышает температуру из-за парникового эффекта, а рост температуры приводит к повышению испарения с поверхности океанов. Очевидно, что наряду с этими явлениями возрастает отрицательная обратная связь: конденсационные процессы в верхних слоях атмосферы и на полюсах усиливаются с ростом концентрации пара. Возрастающая облачность снижает поток солнечной энергии, так что разгон температуры атмосферы за счёт парникового влияния водяного пара нам не грозит. Существующее на планете природное динамическое равновесие водяного пара сохраняется и нуждается со стороны человека только в его контроле и изучении.

В литературе можно встретить указания на влияние человеческой деятельности на концентрацию паров воды только в отдельных регионах, где есть искусственные водоёмы, мокрые градирни и т.п. То есть, хотя вклад водяного пара в парниковый эффект больший, чем остальных газов, антропогенный вклад в общую концентрацию пара в атмосфере планеты не рассматривается в силу его очевидной ничтожности.

Так как деятельность человека воздействует на объёмную концентрацию водяного пара в атмосфере только локально, а не повсеместно, то сторонники концепции глобального потепления сконцентрировали свои усилия на исследованиях антропогенного воздействия углекислого газа.

Концентрация углекислого газа и средняя температура планеты также связаны положительной обратной связью: возрастание температуры приводит к повышению концентрации, которое усиливает парниковый эффект. Здесь препятствием к разгону температуры служат планетарные процессы поглощения углекислого газа в других средах.

В таблице приведены некоторые параметры планетарного гомеостаза, взятые из разных литературных источников, в частности /2/. Так как оценки этих параметров также не сопровождаются описаниями методов расчёта, то эти данные могут подвергаться сомнениям, тем более что они зависят от разнообразных факторов. Но порядки этих величин, по-видимому, сохраняются, причём сказанное выше о договорной температуре также относится и к измерениям концентраций: величины средних концентраций газов в атмосфере Земли – предмет договорённостей, а не характеристика самой планеты.

Количество в атмосфере углекислого газа зависит от его выделения из океана, вулканической деятельности и химических процессов внутри планеты, а также от интенсивности биосинтеза и разложения органики в биосфере. Величина биомассы планеты оценивается около 2,4·1012 тонн. Она образуется за счёт углекислоты, азота и водяного пара, содержащихся в почве, воде и атмосферном воздухе. Так что антропогенное воздействие на концентрацию углекислого газа так же, как и воздействие на концентрацию паров воды, должно изучаться, учитываться, но вряд ли они определяют динамику планетарных процессов.

Таблица. Параметры планетарного гомеостаза.
news111217-3.3
 
Известны косвенные измерения концентрации углекислого газа по анализу газосодержания в кернах, взятых из толщи антарктических льдов. В ряде источников приводятся данные, что эта концентрация изменилась за последние 400 тыс. лет с 0,028 до 0,038. Строго говоря, эти исследования свидетельствуют только о том, что на Земле сложились такие природные условия, которые обеспечили наблюдаемый рост концентрации углекислоты в Антарктиде. Нет никаких оснований распространять эти результаты на всю планету, а уж тем более – оценивать по ним антропогенное воздействие.

Напротив, эти данные свидетельствуют, что в этом месте происходят какие-то природные процессы, приводящие к медленному росту концентрации углекислого газа в течение сотен тысяч лет. И деятельность человека за последние пару  столетий слабо влияет на долговременные природные воздействия. Вообще говоря, некоторое повышение концентрации углекислого газа и температуры в атмосфере приведёт даже к росту урожайности, так что любые последствия климатических изменений многообразны.

Подводя итоги, можно сказать, что на данном этапе развития человечества совершенно справедливо установлена важность оценки антропогенного воздействия на планету, необходимость его точного измерения. Но это воздействие не следует демонизировать и связывать с ним все причины ухудшения природной среды. Пустыни Сахары, Аравии, Гоби и Кара-Кум возникли задолго до промышленной эры.

За последние столетия явно усилилось внимание к измерениям и расчётам температуры планеты и концентраций парниковых газов в её атмосфере. При оценке этих данных надо исключить так называемый эффект диспансеризации, состоящий в том, что заболеваемость в конкретном регионе резко возрастает при проведении регулярных и тщательных медицинских обследований. Из того, что начаты систематические измерения температуры в разных точках планеты, не следует вывод о возрастании её среднего значения.

Представления о человеческом влиянии на планетарные процессы, на парниковый эффект и глобальное потепление глубоко укоренились в массовом сознании, хотя нельзя исключить, что все изменения параметров обусловлены циклическими колебаниями в солнечной системе или даже в нашей галактике. Нас не смущают ошибки в недельных прогнозах локальной погоды, но мы спокойно доверяем результатам определения температуры всей Земли на столетия вперёд.

Вообще говоря, вполне возможно, что перенесённые из повседневной практики методы измерения температуры тел и концентрации газов непригодны в принципе для исследования планетарных процессов на длительных периодах времени. Масштабы датчиков и Земли, диапазоны человеческой жизни и геологических процессов слишком различны. Может быть, для описания планетарных условий нужны совсем другие параметры, как например, освещённость планеты, площадь поверхностей ледников, пустынь и т.п.

Краткость периода наблюдений и ограниченность наших знаний о многообразии космических и планетарных процессов не позволяют  чётко установить величину этих воздействий. Среди упомянутых явлений, влияющих на планетарные процессы, особое внимание должно уделить следующим научным исследованиям /3/:
1.    Изменение интенсивности солнечной радиации, вызванное орбитальным движением Земли.
2.    Изменения в циркуляции мирового океана.
3.    Зависимость кратковременных вариаций (периоды десятки и сотни лет)  освещенности Земли,  от изменений солнечной активности.
4.    Циклические процессы в системе космос – атмосфера – гидросфера – поверхность и толща планеты.
5.    Антропогенный фактор.

Хочется надеяться, что сотрудникам различных климатологических институтов, в том числе, международного комитета по изменению климата при ООН, Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) известны все высказанные выше вопросы и обстоятельства. Именно специалисты должны преодолевать имеющиеся сомнения в измерениях и излагать свои результаты  и мнения в общедоступных формах.
 
Оценка перспектив энергетики и места в ней ВИЭ

Так как антропогенное воздействие на планету ещё нуждается в тщательном изучении, то было бы опрометчиво основывать на его существовании долговременные экономические прогнозы и планы. Такой вывод сделан нами на основании анализа экспериментальной техники, и он, практически, дословно совпадает с мнением академика Р.И.Нигматулина, высказанным в его недавнем докладе /4/. Важно, что известный математик исходил из совсем других предпосылок. Он проанализировал современные теоретические и расчётные модели климата и нашел в них ряд фундаментальных неточностей. Поэтому их результаты должны быть тщательно изучены.

 Разумеется, антропогенное влияние существует, только величина его пока нам не известна, и впоследствии вполне может оказаться, что некоторые из воздействий весьма незначительны. Но существуют эффекты соломинки, переломившей хребет верблюда, песчинки, вызывающей лавину, последней капли, рождающей поток, так что последствия слабых возмущений могут оказаться различными. Вообще говоря,  результаты любых научных исследований всегда вариантны и вероятностны.  Особенно об этом следует помнить, пытаясь представить  будущее.

 С тех пор, как за два предыдущих века наука из частного занятия редких чудаков превратилась в производительную силу, её влияние в обществе существенно возросло. Наука оказалась выгодным вложением средств и в мирных, и в военных целях. Размеры ангажемента прямо зависят от уже полученных выгод и прибылей прикладной науки. Хотя фундаментальную науку это коснулось в меньшей степени, но и она уже развивается не по собственным законам, а в зависимости от социального заказа.

 Поэтому изучение влияния человека на природу должно стать предметом фундаментальных наук, имеющих целью по определению получение новых знаний. Пока же изучением влияния человеческой деятельности на планетарные процессы занимались по большей части прикладные науки, утилитарная цель которых состояла в уменьшении этого влияния. Постановка этой, бесспорно, гуманной цели пока ещё представляется преждевременной, так как масштабы влияния точно не установлены.

Стимулами фундаментальной науки помимо хорошо известного субъективного побуждения и любопытства можно признать стремление к совершенству, к гармонизации мира. Хотя наряду с ними у фундаментальных и прикладных наук существуют и общие стимулы (конкуренция, карьера, признание и т.п.), но именно стремление к совершенству не позволяет ограничиться промежуточными результатами.

Экология должна развиваться в числе фундаментальных наук, изучать все аспекты антропогенной деятельности, а не служить, по преимуществу, социальным, экономическим и другим внешним целям, в частности, тормозом для развития промышленности, энергетики, транспорта. Так, хотелось бы, чтобы развитие ВИЭ осуществлялось без апокалипсических тревог,  политического давления и т.п., а в рамках естественной конкуренции энергетических технологий.

 Здесь уместно отметить, что использование эпитета «возобновляемый» не вполне точно: солнечная и геотермальная энергия, энергия приливов и гидростатических перепадов снижаются со временем за счёт затухания естественных процессов, которые происходят со столь низкими скоростями, что ими принято пренебрегать. Но такое понимание наводит на необщепринятую мысль, что скорость синтеза на планете «не возобновляемых» источников (нефти, угля, газа), может быть искусственно увеличена с помощью  именно фундаментальных наук. И это тоже может рассматриваться как антропогенное влияние, только взятое со знаком плюс для развития углеродной энергетики.

Вообще говоря, правильная классификация объектов существенно облегчает понимание их перспектив развития. Так, рассматривая ближайшие перспективы ВИЭ, следовало бы отличать возобновляемые источники тепловой энергии (ВИТЭ) от возобновляемых источников электрической энергии (ВИЭЭ). Использование солнечной энергии для нагревания воды и повседневных нужд следует осуществлять везде, где это позволяют климатические условия и региональная экономика. Примеры Израиля и Саудовской Аравии хорошо известны. С этой же целью может использоваться тёплая вода из геотермальных источников. Это проблематика не энергетики, а экономики строительства и коммунального хозяйства.

В свою очередь, в электроэнергетике также следует различать бытовую и промышленную энергетики, в которых возобновляемые источники играют различные роли. Здесь полезно обратить внимание на доклад П.Л. Капицы «Энергия и физика» 1975 года, который можно найти в /5/, где обсуждаются фундаментальные физические ограничения, накладываемые на производство и передачу электрической энергии.  

П.Л. Капица допускал, что в ряде случаев некоторые ВИЭЭ вполне могут оказаться привлекательными для бытовых нужд, где отсутствуют потребности в высоких величинах установленной мощности и плотности передаваемой энергии. Это вполне прагматичная позиция: если есть подходящие природные условия, свободные деньги, земли и другие ресурсы, то сооружение ВИЭЭ, действительно, приводит к сохранению природы и экономии углеродосодержащего топлива.

Однако состав объектов и плотность их строительства зависят от того, является ли данная местность автономной, расположенной вдали от объектов централизованной электроэнергетики, или входит в состав региональных или государственных электрических сетей. Производство электроэнергии на ВИЭЭ зависит от изменяющихся и неподвластных человеку природных условий, а потребление – от времени суток, дней недели, сезона и т.п. Особенность электроэнергетики состоит в том, что избыток энергии должен где-то аккумулироваться, а недостаток – немедленно восполняться. Так что развитие ВИЭЭ в условиях централизованных электрических сетей приводит отнюдь не к замещению источников электроэнергии, а всего лишь к экономии того вида топлива, которое используется на основных сетевых электростанциях.

Часто можно слышать, что именно в автономных районах целесообразно сооружение ВИЭЭ. Однако при этом непременно надо предусматривать резервный источник электроэнергии на случай возможных длительных остановов по погодным условиям или для ремонтов, а также мощный аккумулятор энергии для компенсации колебаний погоды, потребления и пр. Для солнечных батарей дополнительно необходимы преобразователи постоянного тока в переменный, инверторы. Так что и в этом случае применение ВИЭЭ не решает принципиальную проблему энергообеспечения региона, а позволяет только экономить топливо резервного энергоисточника. Сказанное выше можно проиллюстрировать представленной на рисунке классификацией ВИЭ.
 
news111217-3.2 Рисунок. Классификация ВИЭ

Экономические особенности эксплуатации ВИЭЭ хорошо известны. Солнечные и ветровые генераторы электроэнергии работают в среднем 2000-2500 часов в году. Коэффициент использования установленной мощности в несколько раз меньше, чем на АЭС. То есть, от объекта с установленной мощностью 4 МВт за год используется лишь 1 МВт, что удлиняет срок окупаемости затрат. Поэтому в настоящее время развитие ВИЭЭ осуществляется  под эгидой государственной поддержки ряда стран. Цель их развития – выйти на промышленно эффективный уровень экономии распространённых видов топлива в условиях существующих соотношений цен.

Существует мнение, что магистральное развитие энергетики на планете сопряжено с использованием топлива возрастающей теплотворной способности: дрова, уголь, газ, энергия деления, энергия синтеза. При этом подразумевалось, что более эффективная технология вытеснит другие. Такой позиции придерживались многие известные учёные особенно во второй половине ХХ века. Характерный пример её можно найти в упомянутом докладе /5/.

Однако можно представить, что разные энергетические технологии будут сосуществовать довольно долго, преодолевая собственные недостатки. Пока ВИЭЭ дороги, малоэффективны и требуют больших площадей. Загрязнение среды при их производстве рассматривается редко. Электростанции, использующие углеродосодержащее топливо, выбрасывают в атмосферу окислы углерода, азота, серы и т.п. Атомные станции угрожают тяжёлыми авариями.

Но в тот же период формировалась иная парадигма развития, в центре которой помещались не технико-экономические, а природоохранные критерии. И остаётся открытым вопрос: должна ли энергетика принципиально быть диверсифицирована или она может основываться на наиболее эффективной технологии. Представляется, что мы только приступаем к поискам гармонии между этими обеими концепциями. И ни одна энергетическая технология не должна становиться заложником недостатка знаний о том, какая из них обеспечит светлое будущее.

Экологичный транспорт

Тематика ВИЭ, бесспорно, была основной на конгрессе, но наряду с ней обсуждались и другие проблемы, в частности, развитие экологических технологий на транспорте: электромобили, водородная энергетика и т.п. Разумеется, следует стремиться к минимизации воздействия транспорта на окружающую среду, особенно в крупных городах, но с другой стороны, неразумное природоохранное нормирование способно остановить любую промышленность, в том числе, и  транспортные потоки. Экологические лозунги успешно используются в конкурентной борьбе за прибыль. Здесь также необходимо найти экономичное равновесие между обеими тенденциями.

 Так, например, в последнее время широко обсуждаются технологии, обеспечивающие развитие электрического транспорта, с целью снижения вредных выбросов в городах. При этом очень скупо упоминается то, что электроэнергию, которой заряжаются автомобильные аккумуляторы, надо где-то производить, и экономика электрических двигателей неразрывно связана с технологиями промышленного производства электроэнергии. Коэффициент полезного действия (отношение полезной энергии к затраченной) современных электростанций составляет 0.3 – 0.4. Примерно такой же коэффициент полезного действия у автомобильных двигателей.

В электромобилях электрическая энергия, используемая на движение, много меньше тепловой энергии, затраченной на электростанциях. Так что при современных энергетических и транспортных технологиях электромобили, может быть, и экономят бензин и дизельное топливо, но расточительно используют газ, уголь и уран, используемые на сетевых электростанциях.  И уменьшение вредных выбросов в городах сопряжено с их возрастанием в местах производства электроэнергии. Так что и экономика электротранспорта, и его экологическое  воздействие должны рассчитываться с учётом всех технологических цепочек.

В российском законодательстве зачастую можно найти нормы, являющиеся, по существу, юридическими метафорами. К их числу относится принцип обоснования /6/, суть которого запрещение всех видов деятельности, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда. Его нельзя выполнить до тех пор, пока не установлена количественная методика расчёта вреда и пользы в общих единицах, например, в смертях, зивертах, долларах и т.п.

Выбор единицы и масштаба измерения может быть определяющим. Так, существующие экономические теории и расчёты в основе своей оперируют стоимостью, выраженной в денежной форме. Не исключено, что дальнейшее развитие техносферы потребует создания таких  экономических теорий, где стоимость товара будет измеряться в единицах энергии, например, в Джоулях. Эти экономические расчёты могут  привести к совершенно иным результатам сопоставления энергетических технологий между собой и, соответственно, – к другим выводам о перспективах развития энергетики.

Заключение

Подводя итоги, можно повторить, что за миллионы лет на Земле сложился определённый баланс геологических, геофизических и космических воздействий, обеспечивающий на ней  существующее состояние жизни. Пару веков назад возникли опасения, что деятельность разума может привести к последствиям, сравнимым с этими воздействиями, и способна нарушить планетарный гомеостаз, так что  человечество своевременно предприняло систематическое изучение собственного влияния на планету. Однако краткость периода исследований и ограниченность возможностей научных изысканий, объект которых столь огромен и несоизмерим с человеком, не позволяют ещё получить однозначные и достоверные результаты.

Основываясь на имеющихся зыбких данных, было бы опрометчиво формировать глобальную экономическую политику и навязывать её всему человечеству. Наблюдаемый прогресс в сооружении ВИЭ обусловлен не их технико-экономическими достоинствами и экологическими преимуществами, а протекционистской политикой отдельных стран. В них наблюдается открытое принуждение к заключению квазиэкологических международных соглашений, противодействие конкуренции с объектами тепловой и атомной энергетики, подвергающихся дополнительному политическому и экономическому прессу (ужесточение природоохранного законодательства, сборы за выбросы углекислого газа,  прямой запрет на эксплуатацию АЭС в ряде стран и т.п.). И опасность того, что такая политика, в конечном счёте, может оказаться разорительной для планеты, не меньшая, чем вред от антропогенных объектов.

Развивать ВИЭ можно и должно там, где это экономически выгодно при сегодняшних соотношениях цен, но не для достижения мифической цели – снижения темпа глобального потепления. И нельзя исключить, что при изменениях экономической теории и технологической конъюнктуры соотношения выгоды и вреда также могут измениться.

Литература
1. Гордон Б.Г. Перспективы ноокосмогенеза, Атомная стратегия ХХI, №6, 2017. Сайт ПроАтом, архив за июнь 2017.
2. Болдырев В.М. Безопасный для природы капитализм - это миф!? Сайт ПроАтом, архив за июнь 2016.
3. Терез Э.И. Устойчивое развитие и проблемы изменения глобального климата  Земли. Ученые записки Таврического национального университета им. В.И.Вернадского, том 17(56),  № 1, 2004.
4. Нигматулин Р.И. Теплофизика климата. Доклад на конференции по тепло-и  массообмену, Московский энергетический институт, М.  октябрь 2017.
5. Капица П.Л. Эксперимент, теория, практика, Наука, М. 1977.
6. О радиационной безопасности населения, №3-ФЗ от 09.01.1996

Происшествия, административная практика

news050618-3

АО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз» возместило ущерб, причиненный окружающей среде

Июнь 05, 2018
Сотрудники Ямало-Ненецкой природоохранной прокуратуры в 2017 г. проверили соблюдение норм и требований природоохранного законодательства и законодательства о промышленной безопасности в АО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз». В ходе контрольных мероприятий было установлено, что на трубопроводах, эксплуатируемых компанией, на протяжении 2016-2017 гг. происходили аварии. В…

Выставки  

IZ2018 100x100     Defectoskopy18 100x100     100x100 NDT2018     100x100 tnf2018     100х100 montajelectro2018     100x100 gce2018   

ugolmining2018 100x100     MetrolExpo 100x100     100х100 gnt2018     100x100 nec8

Партнеры