Энергетический баланс мира
Энергетические ресурсы и масштабы их потребления характеризуют уровень и темпы развития производительных сил и общества. Оценку эффективности и масштабов использования энергоресурсов производят путем составления энергетических балансов применительно к странам, регионам и миру в целом.
Энергетическим балансом (или топливно-энергетическим балансом) называется система показателей, отражающих полное количественное соответствие (равенство) между приходом и расходом энергетических ресурсов, распределение их между отдельными потребителями и их группами, районами потребления и позволяющих определить эффективность использования энергоресурсов. Приходная часть энергетического баланса включает систему показателей, характеризующих структуру добычи и производства всех видов энергетических ресурсов, в том числе ИХ импортирование и др. Расходная часть энергетического это система показателей, характеризующая структуру и направления использования всех видов энергетических ресурсов и энергии (включая потери), отпуск их на сторону, и переходящие остатки, она определяется энергопотреблением общества, необходимым для обеспечения выбранных темпов развития производительных сил.
Темпы роста добычи и потребления энергетических ресурсов во времени изменяются достаточно неравномерно. Например, за 100 лег второй половины XIX и первой половины XX столетия в мире было потреблено 7350 ЭДж энергетических ресурсов и почти такое же было потреблено за количество —6470 ЭДж — последующие 34 года с 1950 по 1984 г. (рис. 1.3). Одновременно растет удельное потребление энергии на 1 жителя планеты; если в 1900 г. на 1 человека в среднем приходилось 23—24 ГДж, то в 1950 г. эта величина возросла до 45 ГДж, а в 1980 г.— до 60 ГДж.
По темпам увеличения роста потребления энергоресурсов XX в. можно разделить на два периода: период до 1950 1960 гг., когда прирост энергопотребления не превышал 1,5—2,0 ЭДж/год, и период с 60 годов до настоящего времеии, когда этот прирост в среднем составляет. Такое резкое увеличение энергопотребления ъясняется научно-техническим прогрессом 50—70-х годов, во время которого снижение Земли увеличилось на 2 млрд. человек, дают, что численность населения в недалеком будущем начнет стабилизироваться и к 2000 г. не превысит 6 млрд. человек, при этом энергопотребление будет расти главным образом за счет развивающихся стран, где оно в настоящее время не превышает 29 ГДж/год на человека 1 т у. т./(чел-год), в то время как в некоторых промышленно развитых странах оно возросло до 293 ГДж/ /(год-чел); в СССР удельное энергопотребление на человека в 1984 г. составило 221,5 ГДж/год (7,561 т у. т./ /год).
С исчерпанием месторождений дешевого органического топлива преимущественно будут развиваться энергосберегающие технологические процессы, в том числе в коммунально-бытовом секторе, в связи с чем в ближайшие 50—60 лет ожидают коренных изменений в структуре мирового энергетического баланса, а именно: десятикратного увеличения потребления энергетических ресурсов к концу следующего столетия при меньших темпах роста потребления; непрерывного возрастания доли новых процессов производства тепловой и электрической энергии из неисчерпаемых источников энергии; непрерывного увеличения затрат на освоение новых источников энергии; образования международных систем энергоснабжения; продолжения концентрации производства энергии при увеличении масштабов и стоимости ее транспорта; непрерывного увеличения эффективности использования энергии; увеличения доли электроэнергии в энергетическом балансе.
Человечество вступило в переходный период энергопотребления— от органического топлива к ядерной, термоядерной, солнечной энергетике и новым источникам энергии. В ближайший период до 2000 г., как и в 70— 80-е годы, до 75 % энергопотребления в мире будет обеспечиваться за счет ископаемых органических топлив при активном развитии систем, использующих ядерное топливо, доля энергии, получаемой за счет возобновляемых энергоресурсов (гидроэнергии рек, биотоплива, геотермальной энергии), изменится незначительно и не превысит 15—17% (рис. 1.4). В период до 2000—2020 гг. в мировом энергетическом балансе будет постепенно сокращаться доля нефти, а затем и газа, увеличиваться производство тепловой и электрической энергии на ядерном топливе и развиваться новые технологии производства энергии из возобновляющихся ресурсов и угля. По к 2000 г. доля нефти в энергетическом балансе мира должна уменьшиться до 33 % по сравнению с 43 % в 1980 г., а после 2000 г. начнется увеличение доли угля И Ращение природного газа, так что нефть и газ к 2020 г. составят в энергобалансе всего 34,4 % по сравнению с 56 % в 1980 г.
Изменение структуры энергетического баланса мира происходит при одновременном увеличении добычи источников энергии (табл. 1.2). Добыча угля по сравнению с I960 г. в мире возросла в 1,5 раза и по прогнозам должна к 2000 г. достичь уровня ~9000 млн. т товарного угля. Основными угледобывающими странами являются США, где этого угля было добыто в 1984 г. 825 млн. т, КНР—772 млн. т и СССР—635 млн. т. Наибольшее развитие в ближайшей перспективе получат месторождения с открытой добычей угля, обеспечивающие низкую себестоимость его добычи.
Мировая добыча нефти в начале 80-х годов увеличилась по сравнению с 1960 г. почти в 3 раза, что явилось следствием нефтяного бума 1960-х годов. Однако резкое повышение цен на нефть в 1974 и 1979 гг., а также осознание ограниченности ее запасов привело начиная с 1981 г. к уменьшению спроса на нефть и как следствие к сокращению ее добычи. Так, по сравнению с 1980 г. в 1983 г. добыча нефти была сокращена на 13 %. Основными нефтедобывающими странами в 1984 г. были: СССР — 613 млн. т с газовым конденсатом; США — 430 млн. т; Саудовская Аравия—235 млн. т.; Мексика—140 млн. т и КНР—115 млн. т. Ожидают, что максимальный уровень добычи нефти в мире—4000—5000 млн. т/год — будет достигнут в период 1990—1995 гг., а затем он будет равномерно снижаться и к 2020 г. достигнет уровня 2000—2500 млн. т. Это будет время завершения периода перехода энергетики от нефти и газа к другим энергетическим ресурсам. Развитие добычи природного газа в мире за последние 25 лет было более интенсивным, чем нефти; в 1984 г. прирост его добычи по сравнению с 1960 г. составил 351 %; ожидают, что этот темп сохранится до 2000 г., в котором объем добычи газа составит около 2500 млрд. м3/год, что на 55 % выше объема добычи 1984 г.
Отличительной особенностью периода, начавшегося с 1975—1980 гг., является активное использование ядерно- го топлива. В настоящее время в мире на атомных электростанциях (АЭС) получают более 2 % электроэнергии; ожидают, что к 2000 г. эта доля повысится до 50 %, что обеспечит производство дешевой электроэнергии, в том числе и для целей теплоснабжения. Общее потребление ядерного горючего возрастет с 5 ЭДж в 1978 г. до 23,5 ЭДж в 1985 г. и до 82—88 ЭДж в 2000 г. Быстрыми темпами развиваются технологии использования геотермальной энергии. В 1984 г. установленная мощность только геотермальных тепловых электростанций (гео-ТЭС) в мире составляла 2462 МВт; ожидают, что в 1990 г. эта мощность возрастет до 3500 МВт. Использование геотермальной низкопотенциальной энергии для пелен теплоснабжения во много раз больше. Уже много лет работают для этих целей геотермальные установки в СССР (в Дагестанской АССР, Чечено-Ингушской АССР, Ставропольском и Краснодарском краях, в Камчатской области я др.), где добыча термальных вод происходит из 210 скважин; за 1981 —1982 г. там было добыто 119 млн. м3 термальных вод и обеспечено теплоснабжением 350 тыс. жителей и 50 га теплиц. Работают гсоТЭС на Камчатке, в Японии, США и др.; максимальная мощность геоТЭС—100 МВт.
Интенсивно разрабатываются промышленные технологии по использованию солнечной энергии в системах теплоснабжения и производства электрической энергии.
К 1982 г. в США оснащено гелиоустановками более 300 тыс. зданий; на 70 % их используют для горячего водоснабжения и нагрева воды в бассейнах. Ожидается, что к 2000 г. в США солнечная энергия обеспечит 2—3 % всей энергопотребности страны. Аналогичные установки работают в СССР, Франции-, Японии и других странах. В 1983 г. во Франции введена в эксплуатацию солнечная электростанция мощностью 2,5 МВт с гелиоприемником, расположенным на башне высотой 100 м.
В СССР в Крыму создается гелиоэлектростанция (гелио- ТЭС) мощностью 5 МВт, которая будет прототипом опытно-промышленной солнечной ЭС мощностью 300 МВт, создаваемой в Узбекской ССР.
Повышение цен на ископаемое органическое топливо привело в ряде стран к повышенному вниманию ко всем видам биотоплива, начиная с древесины и кончая растительными и животными сельскохозяйственными отходами. За счет древесины обеспечивается 20 % общего потребления энергии в Латинской Америке, 60 % — в Африке, 10%—в Азии. Ежегодно сжигается 1,5 млрд. м3 древесины только в развивающихся странах. В 1985г. в странах Европейского Экономического Сообщества использование биомассы достигло 1,3—1,7 ЭДж (43— 67 млн. т у. т.), что составляет 2,5—3,0% их общего энергопотребления. В США доля энергии, полученной за счет сжигания древесины, почти соответствует суммарной выработке энергии на АЭС. Рассматривается вопрос об искусственном выращивании биотоплива. Каждые 5—10 км2 лесных плантаций на Тихоокеанском побережье США могут обеспечить древесным топливом тепловую электростанцию мощностью 3—5 МВт.
Вторым направлением использования биотоплива, особенно в развивающихся странах, является производство из сельскохозяйственных отходов искусственного газообразного и жидкого топлива методом ферментации (сбраживания). Общее мировое использование отходов сельскохозяйственного производства в настоящее время не превышает 0,29 ЭДж/год (10 млн. т у. т.) при имеющихся ресурсах свыше 1,5 млрд. т соломы и 110 млн. т отходов сахарного тростника. Переработка сельскохозяйственных отходов в развивающихся странах направлена на освобождение этих стран от необходимости импортирования нефти и газа. В Индии установки по производству биогаза методом ферментации имеют общую производительность газа 150 млн. м3/год. Энергетические установки по производству жидкого и газообразного искусственных топлив из сельскохозяйственных отходов в настоящее время вполне конкурируют с традиционными методами получения природного топлива (нефти и газа).
Использование гидравлической энергии рек, относящейся тоже к возобновляющимся источникам энергии, направлено на производство электрической энергии. Из общих гидроэнергетических ресурсов Земли Е настоящее время используется только около 16 %. Ожидают, что к 2000 г. потребление гидроэнергии в мире увеличится до 25—29 ЭДж, а к 2020 г. — до 41—54 ЭДж в год.
Использование энергии приливов и энергии вод Мирового океана (энергии морских волн и перепад температуры между поверхностями и глубинными слоями) еще не отработано технологически и экономически не является целесообразным; однако в расчете на дальнюю перспективу в связи с огромными ресурсами этих источников энергии ведутся работы по созданию соответствующих технологий и эксплуатируются первые опытные электростанции и установки на этих видах энергии, например Кислогубская приливная гидроэлектростанция мощностью 400 кВт в СССР, Райская приливная гидроэлектростанция мощностью 24 МВт во Франции и др. В энергетическом балансе мира ветроэнергетика не играет заметной роли, несмотря на значительный технический реализуемый энергетический потенциал этой энергии, оцениваемый в 42 ЭДж. Однако для малых энергопотребителей (1—10 кВт), расположенных в отдаленных районах, ветроустановки широко применяются для производства электроэнергии.
