Потоки энергии

Чтобы выяснить, сколько энергии производится сейчас, достаточно воспользоваться любым статистическим справочником. Хотя бы вот этим, очень распространенным: "Сообщение ЦСУ СССР об итогах выполнения Государственного плана экономического и социального развития СССР". Вот данные о произведенных основных видах энергетических ресурсов за 1985 год:

нефть - 630 миллионов тонн (это соответствует 900 миллионам тонн условного топлива);

газ - 625 миллиардов кубических метров (730 миллионов тонн условного топлива);

уголь - 730 миллионов тонн (480 миллионов тонн условного топлива).

А что же в сумме?

Здесь нам и понадобится введенное энергетиками понятие условного топлива. Результат суммирования - 2110 миллионов тонн условного топлива. Прибавим сюда энергию, вырабатываемую на атомных и гидростанциях,- по 70 миллионов тонн. Учтем и такие источники, как дрова, торф, сланцы,- еще 50 миллионов тонн. Получим полную величину вырабатываемой энергии - 2,3 миллиарда тонн условного топлива. Поделим это на число жителей СССР и получим 8 тонн условного топлива па человека в год. Это сейчас. А что в будущем?

Рассмотренный на XII мировом энергетическом конгрессе в Ныо-Деди прогноз развития энергетики мира составлен с учетом возможных темпов роста народонаселения и валового национального продукта. Ведь именно эти два параметра в основном определяют и необходимые темпы роста энергетики. В прогнозе специалистов в один регион объединены СССР и европейские страны СЭВ. Это очень удобно. Ведь наша Энергетическая программа предусматривает самую тесную кооперацию с другими странами СЭВ, доля которых в энергетике региона равна примерно 30 процентам. Темпы роста населения предполагаются такими же, как в большинстве промышленно развитых стран. В 2020 году (конечная точка прогноза) население региона оценивается в 460 миллионов.

В странах СЭВ прогнозируется на весь период до 2020 года устойчивый рост валового национального продукта. Поэтому доля стран СЭВ в мировом валовом продукте сохранится на уровне 17 процентов, несмотря на то, что доля их населения упадет в полтора раза из-за быстрого демографического роста в Индии, Китае и других странах.

В результате дается такой прогноз роста энергопотребления в европейских странах СЭВ (в миллиардах тоны условного топлива):

1978 год (точка отсчета) 2,0;

2000 год 3-3,5;

2020 год 4-5.

Итак, ожидается рост на полтора миллиарда тонн к 2000 году. Не много ли? Нет. Очень похожий прогноз по странам СЭВ дали эксперты и на другом крупном форуме специалистов.

Международный институт прикладного системного анализа (МИПСА) в Вене, созданный по инициативе СССР и США, провел не так давно II Международный симпозиум по энергетике. На нем были обобщены результаты долгосрочных прогнозов, разработанных различными научно-исследовательскими институтами, университетами, промышленными фирмами, правительственными организациями. Данные этого прогноза очень близки к только что приведенным выше. "Предстоит существенный рост энергетики СЭВ",- заключили эксперты МИПСА.

Каким же образом будет осуществляться наращивание энергетического потенциала нашей страны?

На XXVII съезде КПСС сформулированы основные задачи по развитию экономики нашей страны, определяющие и развитие энергетики. К 2000 году предусматривается увеличение национального дохода в два раза! А энергетики?

В Программе КПСС записано: "Важнейшая задача - эффективное развитие топливно-энергетического комплекса страны. Устойчивое удовлетворение растущих потребностей в различных видах топлива и энергии требует улучшения структуры топливно-энергетического баланса, ускоренного подъема атомной энергетики, широкого использования возобновляемых источников энергии, последовательного проведения во всех отраслях народного хозяйства активной и целенаправленной работы по экономии топливно-энергетических ресурсов".

Основными положениями Энергетической программы предусматривается в первую очередь "ускоренное развитие газовой промышленности для удовлетворения внутренних потребностей страны и нужд экспорта".

Во-вторых, будет происходить развитие угольной промышленности преимущественно за счет увеличения добычи угля открытым способом в восточных районах страны.

Необходимо будет обеспечить стабильный уровень добычи нефти.

И наконец, программой предусматривается "форсированное развитие ядерной энергетики" и осуществление "экономически оправданного комплексного освоения гидроэнергетических ресурсов Сибири, Дальнего Востока и Средней Азии".

Предстоит коренная перестройка энергетики, точнее, она уже началась. Двенадцатая пятилетка - ее ключевой этап.

В начале века в России более половины энергии давали дрова, четверть - уголь и только шестую часть - нефть. Прошло 50 лет - и уже больше половины энергетических нужд обеспечивалось углем. Особенно бурное развитие угольной промышленности происходило перед Великой Отечественной войной. В это время А. Стаханов и его последователи в несколько раз повысили производительность труда. Ежегодно угольная промышленность давала более 10 процентов прироста. С 1930 по 1940 год добыча угля возросла в три раза: с 70 до 220 миллионов тонн! Темп, заданный угольщиками Донбасса, удержался и в послевоенные годы. За пятилетие с 1950 по 1955 год был достигнут прирост в 170 миллионов тонн.

Уже в это время начала набирать темпы нефтяная промышленность, а с 1970 по 1975 год нефтяники совершили подлинный скачок - подняли добычу до 270 миллионов тонн. Бурно развивалась Тюмень.

И опять структура энергетики сильно изменилась. Уголь перешел на третье место. Доля его упала до 20 процентов, хотя производство продолжало медленно расти (и эта предусмотрительная мера оказалась важной для сегодняшней ситуации). Лидерами стали нефть и газ, обеспечивающие более двух третей энергетического баланса страны. Около 5 процентов энергии дают реки, столько же - атомные электростанции.

Сейчас начался самый трудный период перестройки энергетики - этой беспокойной отрасли народного хозяйства, все время совершенствующейся, постоянно отыскивающей наиболее экономичные варианты обеспечения общества энергией. Самый трудный этот этап - прежде всего по трем основным причинам.

Во-первых, раньше переходили на более удобное и дешевое по себестоимости жидкое или газообразное топливо; теперь - на менее удобное и более дорогое. Скажем, в 60-е годы капиталовложения на добычу нефти и газа были вдвое меньше, чем для угля,- их и развивали. Сейчас же предстоящая перестройка будет сопровождаться ростом затрат на добычу и транспорт более дорогого топлива.

Во-вторых, нынешняя перестройка существенно масштабнее. Ведь по сравнению с 1950 годом, началом предыдущего этапа преобразования энергетики, производство энергоресурсов в 1985 году возросло в шесть раз. А это значит, что сейчас резко увеличатся материальные затраты и усилятся воздействия на природу и самого человека. Для осуществления своих высоких помыслов и улучшения качества жизни человек добывает все больше энергии, но в результате начинают частично подтачиваться эти самые "высокие помыслы" и ухудшаться условия существования.

В-третьих, первая перестройка заняла около 50 лет, вторая - лет 30-35. На нынешнюю отводится еще меньше времени. Всего за 20-25 лет нужно изменить структуру энергетики и создать условия для ее дальнейшего совершенствования.

Если взглянуть еще раз на пройденный энергетикой путь, то можно увидеть и много ошибок. Пораньше нужно было бы начать интенсивное развитие газовой промышленности, даже придержав при этом нефтедобычу и уменьшив, конечно, расходование нефти в топках электростанций.

Разве не стоило раньше начать более интенсивное развитие атомной энергетики?! Ведь первая опытная атомная электростанция (АЭС) была построена очень давно, и давно дала ток первая промышленная АЭС под Воронежем.

Можно многому удивляться в истории развития энергетики или даже осуждать, но полезно вспомнить и "карамзинское" - смотреть в прошлое следует "без гордости и насмешек", "И все же, неужели не было ясно, что скоро наступят трудности, например, с обеспечением жидким топливом транспорта,- скажут иные. - Ведь необходимые меры можно было бы принять заблаговременно".

Потоки энергии

Отвечу таким сравнением. Ведь и капитан "Титаника" - крупнейшего пассажирского судна в мире - видел плывущий навстречу айсберг" Видел и уже ничего не мог сделать.

Конечно, энергетика -не корабль, "разбиться" она не может. Однако найти для нее правильный путь в самое главное, суметь вовремя свернуть на него не так просто. Она, как и быстро идущий корабль,- отрасль с большой инерционностью, А эти инерционные! силы иногда являются очень могучим противником. Верное средство борьбы с ними - научиться смотреть подальше вперед. Чем быстрее развивается энергетика, техника, тем дальше мы обязаны видеть. Энергетическая программа и создана ради этого. Она позволяет взглянуть даже в следующий век, и на основе такого предвидения будут строиться конкретные пятилетние планы развития.

Конечная цель перестройки, предусматриваемой Энергетической программой,- развитие ядерной энергетики и добычи угля с доведением их доли в энергобалансе до половины, с одновременным снижением доли потребляемого природного газа и стабилизацией его производства.

Осуществление Энергетической программы СССР рассчитано на два этапа. На первом, завершающемся на рубеже 80-90-х годов, добыча газа должна ускоренно развиваться. "На основе значительного прироста добычи газа народное хозяйство будет обеспечено необходимым количеством топлива в период подготовки к более широкому использованию ядерной энергии, развитию добычи угля",- говорится в программе. К 1990 году удельный вес газа в топливно-энергетических ресурсах повысится до 38 процентов.

Быстрыми темпами будет расти и ядерная энергетика. Как сказано в докладе Н. И, Рыжкова на XXVII съезде КПСС, к концу двенадцатой пятилетки "во всем производстве электроэнергии удельный вес ее выработки на атомных электростанциях почти удвоится и составит более 20 процентов".

Далее в программе указывается - "должны быть сохранены высокие уровни добычи нефти". Но только сохранены. Расширять добычу нецелесообразно. Во-первых, дорого, во-вторых, нужно оставить нефть в недрах земли для использования ее в будущем в качестве химического сырья.

В этот период должны быть подготовлены условия и для наращивания в последующие годы добычи угля. Среди этих условий - создание машиностроительной базы для выпуска необходимого количества горнодобывающей техники: экскаваторов, врубовых машин, самосвалов большой грузоподъемности.

Второй этап закончится на рубеже XX и XXI веков. В середине этого этапа добыча газа достигнет максимального уровня и стабилизируется. Дальнейший прирост энергетических ресурсов будет обеспечиваться ядерной энергетикой и добычей угля, а также развитием возобновляемых источников энергии.

А как же природа? Выдержит ли она натиск энергетики? Ведь масштабность ее развития и вызываемое ею возмущение в природе соразмерны с некоторыми естественными природными явлениями и другими нетопливными ресурсами природы: водой, землей, флорой, атмосферой.

М. С. Горбачев в Политическом докладе на XXVII съезде КПСС отметил обострение глобальных проблем в связи с "избыточными нагрузками на природные системы вследствие научно-технической революции, роста масштабов деятельности человека", Он справедливо подчеркнул: "Никогда человек не взимал с природы столько дани и никогда не оказывался столь уязвимым перед мощью, которую сам же создал".

Потоки энергии

Ранее мы говорили, что благодаря овладению энергией в высокоразвитых промышленных странах удалось значительно улучшить комфортные условия людей и резко поднять продолжительность их жизни. Это так. Но правда и то, что дальнейшее развитие промышленности, транспорта и энергетики породило и порождает новые внешние факторы, косвенно или прямо влияющие на эту самую продолжительность. Появилось даже выражение - "плата за энергетический комфорт". Нельзя ли заставить платить за энергетический комфорт не человека, а самую энергетику - часть добываемой энергии тратить на то, чтобы свести к минимуму ее же воздействие на природу?

Какие звенья технологического процесса выработки энергии влияют на окружающую среду, какие элементы природы больше подвержены влиянию энергетики и что должно быть предпринято в ней для уменьшения воздействия на окружающую среду? Именно уменьшения. Ведь не влиять на окружающую среду, находясь в ней, невозможно. В то же время многие понимают основной принцип экологии в духе высказывания философа Фрэнсиса Бэкона, жившего еще в XVII веке: "Мы не можем управлять природой иначе, как подчиняясь ей".

Какова эта допустимая минимальная величина воздействия, при которой естественные природные механизмы в состоянии справиться с возмущениями, вносимыми человеком? И что понимать под "допустимыми возмущениями", если, например, они не влияют непосредственно или косвенно на здоровье человека? Насколько допустимы ландшафтные изменения?

Не на все такие и другие вопросы можно дать сейчас вполне определенные ответы. Важно вовремя выявить те тенденции в энергетике, которые могут привести к негативным последствиям, и вовремя принять нужные меры.

Энергетика после сельского хозяйства - один из наиболее крупных потребителей воды. Электростанция мощностью миллион киловатт при охлаждении конденсаторов турбин проточной водой потребляет в год около 1,5 кубического километра воды, подогревая эту воду. Это означает, что если бы все существующие ныне электростанции страны использовали проточную воду, то нужно было бы иметь полмиллиона кубокилометров воды в год. Много это или мало?

Вот некоторые данные. Всего на Земле полтора миллиарда кубокилометров воды. Очень много! Недаром иногда нашу Землю называют водяной планетой. Однако пресных вод уже в 50 раз меньше, а полезный доступный запас их (озера, реки, грунтовые воды на глубине до километра) - всего 3 миллиона кубических километров.

Ежегодный водозабор на хозяйственно-бытовые нужды в нашей стране - 300 кубокилометров (в том числе на орошение - 200 кубокилометров в год), а весь сток рек юга европейской части СССР - около 650 кубокилометров в год. Вот теперь можно сравнить и понять: вода - дефицит, и серьезнейший дефицит! Если Землю представить в виде сферы диаметром 5 метров, то вся вода Земли заполнила бы только наполовину 200-литровую бочку.

Поэтому энергетические системы нужно ориентировать на процессы, использующие минимальное количество воды. Например, применять воздушное охлаждение, оборотные системы. А это, как правило, приводит к удорожанию энергетики.

Водные ресурсы планеты растрачиваются во многих звеньях энергетики. И везде приходится прилагать усилия к тому, чтобы вернуть природе чистую воду.

С нарушением водного режима связана добыча угля, урана в открытых карьерах. Да и шахтные воды, откачиваемые из глубин земли, могут загрязнять поверхностные. Количество таких подземных вод громадное - кубокилометры в год. А ведь они кислые или щелочные и перед сбросом в водоемы должны пройти специальную очистку.

Нужно заметить, что очень большие затраты воды в том или ином производственном процессе, связанные как с прямым ее расходом в технологическом процессе, так и с обезвреживанием с ее помощью грязных потоков, образовавшихся на производстве. Водоиспользование в этом случае подобно айсбергу, невидимая часть которого - объем разбавляющей воды. Количество ее для заводов черной металлургии или при производстве картона в 200 раз больше расхода воды, идущей на основной технологический процесс.

Все больше добывают нефти со дна морей, перевозят ее танкерами. И в связи с этим все больше средств вкладывается в различные устройства, предотвращающие попадание нефтепродуктов в моря и океаны. Опасность здесь весьма велика. Всего одна тонна нефти может покрыть тонкой полумикронной пленкой от 3 до 10 квадратных километров водной поверхности. Ежегодное же поступление нефти в океан равно 6-10 миллионам тонн. Другие специалисты называют величину в 25 миллионов тонн, но эта оценка считается пессимистической.

Из общего количества нефти, попадающей в Мировой океан, только 1-1,5 миллиона тонн просачивается из подводных месторождений и выпадает с атмосферными осадками. Остальная нефть - антропогенного происхождения: сбросы по рекам с заселенных территорий, сливы с прибрежных промышленных и коммунальных предприятий, сбросы с танкеров, утечки из терминалов и во время разведочного бурения и эксплуатации скважин. При бурении нефтегазовых скважин в морских условиях основной загрязнитель - токсичный шлам, образующийся при очистке буровых растворов от пустой породы, выходящей из скважины.

Такие выбросы нефти поддаются регулированию и контролю. Сложнее обстоит дело с выбросами нефти в море в результате аварий танкеров или скважин. В среднем это дает 0,4 миллиона тонн в год. Но иногда этот показатель резко подскакивает. Так, по данным ИМО - Международной морской организации, в 1979 году потерпело аварию 1009 наливных судов. В результате в моря попало 0,5 миллиона тонн нефти. В том же году при аварии на скважине в Мексиканском заливе вылилось еще 0,5 миллиона тонн.

Что же происходит с нефтью при попадании на поверхность океана? Она испаряется, растворяется, окисляется, разрушается микробами, выпадает в осадок. В зависимости от условий результирующее время разложения нефти составляет от нескольких суток до нескольких месяцев. Особенно долго "живет" нефть при низких температурах. Поэтому большую опасность она представляет для арктических морей, на шельфах которых в последнее время интенсивно разведываются нефтяные месторождения.

Очень коварна нефтяная пленка. А ведь ее много: 40-50 миллионов квадратных километров из 360 миллионов всей поверхности океана" Она существенно изменяет потоки газа, тепла и паров воды, которыми океан обменивается с атмосферой, что сильно влияет на климат планеты. Эта тончайшая пленка заметно снижает интенсивность фотосинтеза одноклеточных водорослей, снабжающих кислородом и органическим веществом всех остальных обитателей морей и океанов.

Хотя и существуют механизмы, позволяющие океану самоочищаться, но они не безграничны. Вероятно, что эти возможности уже превышены. Стали появляться первые признаки неблагополучия: ухудшение качества воды, снижение уловов, а иногда и массовая гибель рыбы.

Пожалуй, наше "путешествие" по океану немного затянулось. Прервем его на этом месте, чтобы вернуться на сушу. Много ли земель, в том числе пригодных для хозяйственного использования, отводится на нужды энергетики, скажем угольной?

В среднем по стране каждый миллион тонн добытого угля влечет за собой нарушение 7,5 гектара земель. Наибольшей "агрессией" обладают угольные карьеры. Величина как будто бы небольшая. Ведь на Земле человеком освоено около половины суши: 80 миллионов квадратных километров. Из них интенсивно используется под пашни, застройки, коммуникации только одна четверть: в расчете на одного человека это 0,6 гектара. Площадь пахотных земель в нашей стране около 200 миллионов гектаров. В сравнении с ней ежегодно нарушаемая площадь под угольные карьеры невелика, если только своевременно и качественно проводить рекультивацию земель, что не всегда делалось. Еще совсем недавно, в 1975 году, рекультивировалось только 37 процентов - треть нарушенных земель. Но уже в 1980 году эта величина достигла 90 процентов. Больше половины рекультивируемых земель передается под сельскохозяйственные угодья. Как правило, урожайность культур на таких землях не ниже, чем на окружающих ненарушенных почвах.

Потоки энергии

Написал я этот абзац о, казалось бы, небольшом влиянии добычи угля на величину площади нарушаемых земель и понял, что психологически и фактически поступил неправильно.

Психологически это неправильно потому, что такой подход часто расхолаживает многих специалистов, администраторов, не развивает у них активной действенной позиции. Не посчитайте это надуманным аргументом. По роду деятельности мне довольно часто приходится общаться со специалистами, руководителями предприятий, технических и промышленных управлений различных министерств. И когда беседа касается необходимости принятия самых активных мер по экономии энергетических ресурсов и сохранению объектов природы, часто приходится слышать и такое: "Наше министерство потребляет всего (?) 6 процентов газа, производимого страной. Без этого газа отрасль работать не сможет. Так что наши предприятия всегда будут обеспечены газом. Нам его дадут в первую очередь. А природу пусть сохраняют добывающие отрасли".

Но такие рассуждения неправомерны. Ведь потребление энергетических ресурсов в большинстве случаев довольно равномерно среди отраслей и среди предприятий. Так что ответственным за свою, пусть очень небольшую, долю должен быть каждый.

Похожие аргументы высказывают представители добывающих отраслей. Но если угольные карьеры отнимают всего (?) 7,5 гектара на каждый добытый миллион тонн угля, то это уже много. Нужно спасать и эту территорию! К сожалению, не все удается спасти. В последние годы добытчики угля вернули 50 тысяч гектаров рекультивированной земли. Но удалось ли вернуть ландшафт, родники, подземные реки?

Это о психологии. Теперь о фактах и числах.

Современная ТЭС на угле мощностью, скажем, один миллион киловатт потребляет в год около 4-4,5 миллиона тонн угля. Значит, для нее в карьерах в год должно быть вскрыто 30-35 гектаров земли. Да сама ТЭС с учетом золоотвалов, подъездных дорог, водохранилищ может занимать 300 гектаров земли. А если просмотреть весь технологический процесс угольной электроэнергетики, то в поле зрения попадут и комплексы по переработке шахтных вод, фабрики обогащения угля с отстойниками шлама и хранилищами отходов обогащения. И каждое звено этого процесса отнимает какую-то площадь.

Если говорить о потере земли от деятельности всего комплекса угольной энергетики, то, конечно, не нужно забывать, что и она только часть всей горнорудной промышленности страны. А масштабы горной добычи растут и будут расти более быстрыми темпами, чем потребности в минеральном сырье. Происходит это из-за того, что со временем приходится разрабатывать породы с понижающейся концентрацией сырья.

Сейчас в мире добывается 12-14 миллиардов тонн полезных ископаемых и перемещается 15-18 миллиардов кубометров пустых пород, а к концу столетия эта величина может вырасти до 40 миллиардов тонн полезных ископаемых и 70 миллиардов кубометров пустых пород. В этом случае до 2000 года из недр земли будет извлечено около 900 миллиардов тонн полезных ископаемых и около 1000 миллиардов кубометров пустых пород. Без введения экономических ограничений и существенных изменений в технике и технологии при создании безотходной добычи будут отторжены значительные площади земли, неконтролируемо распространятся различные виды геохимических аномалий из-за влияния отвалов на почвы, воду, а также и атмосферу.

Вот мы подошли к одной из главных точек критического взаимодействия энергетики с природой - атмосфере, которой не повезло больше всех. Ее атакует и промышленность, и быт, и транспорт, и, наконец, энергетика. Тут целый набор орудий атаки: пыль, тепло, влагай десятки различных химических веществ.

Исследователи подсчитали, что в одном кубическом сантиметре парижского воздуха содержится сто тысяч пылинок! В сельской местности пыли в десять раз меньше, а над поверхностью океана - в тысячу!

Надо думать, парижане примут соответствующие спасительные меры. Но если сделать такой подсчет в тысячах других городов, то успокоения не наступит.

Сейчас человечество ответственно за поступление в атмосферу 400-500 миллионов тонн пыли в год. По сравнению с естественными источниками это немного - всего одна десятая. Главные "поставщики" пыли - это извержения вулканов, эрозия почвы, землетрясения, пожары, попадание в воздух морской соли. Влияние пыли на природу велико. Извержения вулканов приводят к изменению температуры воздуха на несколько градусов. Так, в XVII веке извержение одного из тихоокеанских вулканов сказалось на погоде в Англии. В ее истории этот год называют годом, в котором не было лета.

Энергетика "поставляет" сейчас около половины антропогенной пыли, получающейся прежде всего при переработке углей и их сгорании. Если мощности угольной энергетики вырастут в 2-3 раза, то поступление антропогенной пыли возрастет в полтора раза. Как будто бы немного?

Опасное заблуждение. Ведь практически все антропогенные выбросы пыли происходят вблизи человеческого жилья. В районе Тихого и Атлантического океанов действительно мало что изменится. А в Кемерове, Дзержинске, Чикаго, Туле, Марселе и других промышленных районах?

Одна из труднейших проблем энергетики связана с загрязнением атмосферы двуокисью серы. Здесь "силы" энергетики и природы уже сравниваются. Энергетика "ответственна" за 160 миллионов тонн двуокиси серы в год, природа - за 300 миллионов.

Увеличение содержания в воздухе серы не только приводит к повышенной коррозии металлических конструкций, приносящей миллиардные убытки, к замедлению и даже прекращению роста лесов. Но главное, конечно, повышается заболеваемость и сокращается срок жизни людей.

О проблемах, которые стоят перед энергетикой в ее взаимоотношениях с природой, можно говорить еще долго. И к этому разговору нам еще придется вернуться. А теперь нужно посмотреть, какие же оптимальные способы решения проблем энергетики выгодны, как повернуть ее на дороги, предусмотренные Энергетической программой.