1.2. Энергетические потребности человечества

а) Опасность энергетического кризиса:

- в начале 70-х годов на страницах газет появились заголовки “энергетический кризис”, “конец нефтяного века” и т.п.; цены на нефть резко подскочили;

- человечество вступило в сложный и достаточно долгий период коренного преобразования своей энергетической базы;

- надо решительно расширять масштабы современной энергетики, отыскивать новые источники энергии.

б) История покорения человеком разных видов энергии:

- для того чтобы человек мыслил, нужно 10 Вт (это совсем немного и подчеркивает совершенство мозга, хотя бы по сравнению с самыми современными компьютерами);

- мощность, развиваемая человеком в обыденной жизни (без тяжелой физической работы) – 40-60 Вт; поскольку к.п.д. нашего организма около 20%, надо не 40-60, а ~ 250 Вт (эта энергия выделяется в виде тепла). Т.о. за 12 часов бодрствования выделяется ~ 3 кВт·ч, т.е. 2500 ккал (такие аккуратные измерения баланса энергии в человеческом организме проведены в связи с космическими полетами);

- 40-50 тысяч лет назад первыми орудиями труда человека были камень, топор, копье; все блага были следствием разума и применения мускульной энергии; добывание огня трением окончательно отделило человека от животного мира;

- 5-10 тысяч лет до н.э. появляется лук; в ямах-ловушках для животных используется сила тяжести; начинается приручение животных (их мощность 200-400 Вт); появляется глиняная посуда (для ее изготовления используется огонь);

- 500 лет до н.э. – овладение искусством обработки изделий из меди, бронзы и, наконец, железа (с помощью огня); изобретено колесо и колесные повозки; на лодках появился парус; используются рычаг, ворот, блок (они умножают мускульную силу человека); Архимед придумал катапульту, стреломет и др.; появилось водяное колесо (мощность 1 – 4 кВт); человек еще не притронулся к углю, нефти, газу, а сумел создать уникальные инженерные сооружения (пирамида Хеопса в Египте высотой 147 м, из 2,3 млн. блоков по 2 тонны в среднем; длина сторон 233 м – с расхождением всего лишь 2 см);

- в 5 – 17 веках появляется промышленность и горное дело, сукновальные станки, кузнечное дело, мельницы (энергия ветра и воды, мощность 3 -20 кВт, усовершенствованные водяные колеса по мощности эквиваленты мускульной энергии 3 – 4 тысяч человек);

- в 17 – 18 веках переход к теплоэнергетике (паровые двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины); используются нефть и газ;

- в 19 – 20 веках – стремительное насыщение промышленности энергетическими машинами; построены десятки тысяч электростанций (они питают сотни миллионов двигателей); производство бензина открыло дорогу сотням миллионов автомобилей и тепловозов; в небо взлетают тысячи самолетов; стартуют космические ракеты; заработали АЭС.

в) Потребление энергии:

- в 1860г. на одного человека расход энергии составил 0,5 тут, в 1940 –1,5 тут, в 1980 – 2,5-3 тут; но это только в среднем, а в развитых странах в 1980 – 6-15 тут (в развивающихся – 0,5-1 тут.);

- оказывается, величина валового национального продукта прямо пропорциональна энерговооруженности человека в данной стране;

- в будущем, к сожалению, рост энерговооруженности не будет приводить к прямо пропорциональному росту валового национального продукта (причины: постоянно ухудшающееся плодородие почвы [освоение 1 гектара орошаемой земли приводит к затратам 1тут]; разработка бедных месторождений минералов; создание безотходных технологий; необходимость опреснения воды [для выращивания урожая ценностью 2500 ккал в день на 1 человека требуется 1 т воды, а чтобы ее получить нужно 6-7 кг у. т., что дает 2-2,5 тут на человека в год]).

г) Прогнозирование потребления энергии:

- разработка долгосрочных прогнозов в энергетике особенно важна из-за инерционности всего топливно-энергетического комплекса (цикл от освоения новых первичных энергоресурсов до использования энергии длится десятки лет);

- при разработке прогноза может быть допущена неточность из-за существования неопределенных факторов (открытие новых источников энергии, рост народонаселения и т.д.); например, прогноз на 10 лет вперед допускает ошибку в 10-15% (по отдельным видам энергии до 20-30%), на 20 лет вперед – 20-40%, а на 50-70 лет вперед можно ошибиться и в 2 раза;

- итак, в 1980г. среднее потребление энергии составляло 2,5-3 тут./чел, т.е. на 4,5 млрд. жителей земли – 11 млрд. тут (в т.ч. 2,5-уголь; 4,1- нефть; 2,9-газ; 0,6- гидроэнергия; 0,3- атомная; 0,6- прочее);

- примем за единицу энергии величину Q = 37 млрд. тут. Тогда потребление энергии в 1980г. составляло 0,3Q. Для сравнения: ежегодно солнечные лучи приносят на землю 1500Q;

- считается, что к 2050 году население земли составит 12-14 млрд., а потребление энергии – 5-10 тут/чел в год (в развитых странах – 15-20 тут/чел в год, т.о., все человечество в 2050 году будет потреблять около 2-3Q);

- а что будет после 2050 года? Если принять ежегодный прирост потребления энергии 2%, то через 100-150 лет искусственное энерговыделение на земле составит 30Q (т.е. 2% от солнечной);

- вклад атомной энергетики может составить к 2020 году – 15-20% (причем в развитых странах – до 40-50%; а во Франции уже сейчас ~60%!).