Энергия

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

1.1 ЭНЕРГИЯ СЕГОДНЯ

1.2 ПОТРЕБНОСТИ В ЭНЕРГИИ

1.3 ПРОИЗВОДСТВО ЭНЕРГИИ

1.4 ИЗМЕНЕНИЯ В ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИИ И ЭНЕРГОПРОИЗВОДСТВЕ

1.5 ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ И ЭНЕРГОПРОИЗВОДСТВО БУДУЩЕГО

ГЛАВА 2. ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ СЕГОДНЯ И ЗАВТРА

2.1 СПРОС НА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ

2.2 СНАБЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЕЙ

2.3 ТОПЛИВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ СЕГОДНЯ

2.4 РЕСУРСЫ ДЛЯ БУДУЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

2.5 ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

2.6 СРАВНЕНИЕ УГЛЯ И УРАНА

2.7 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Единственное использование неоружейного урана осуществляется лишь в

мощных ядерных реакторах. Во всем мире сегодня эксплуатируются более 1000

ядерных реакторов:

. Приблизительно 280 малых реакторов используются для научных

исследований и производства изотопов для медицины и промышленности.*

. Более 400 реакторов приводят в движение морские суда, главным образом,

атомные подводные лодки.

. Более 430 мощных реакторов используются для производства

электроэнергии.

|*Австралия имеет только один исследовательский действующий реактор, |

|который будет заменен в 2005 году. Канада имеет несколько малых |

|исследовательских реакторов в университетах и два малых реактора, |

|предназначенных для производства изотопов, которые находятся в стадии |

|строительства. |

Фактически весь уран, производимый сегодня, идет на производство

электроэнергии (хотя незначительное его количество используется для

создания радиоизотопов). Его использование в этих целях уже конкурирует с

углем и с природным газом.

Более чем за 40 последних лет ядерная энергия стала одним из главным

источников электроэнергии в мире. Сейчас вклад ядерной энергетики в мировое

производство электроэнергии составляет 16 процентов, что эквивалентно

полному производству электроэнергии "тринадцатью Автралиями" или "пятью

Канадами". Ядерная энергия может внести вклад и намного больший, особенно

если по экологическим соображениям она будет признана экономически более

выгодной и этически желательной. А Австралийский и Канадский уран будет

необходим для того, чтобы снабжать топливом часть этого мирового

производства электроэнергии.

Дебаты вокруг урана, ядерной энергетики и иных способов производства

электроэнергии говорят нам о том, что ни один из них не обходится без

некоторого риска или побочных эффектов

После первого издания этой книги в 1978 многие из оптимистических

прогнозов относительно альтернативных источников энергии оказались

совершенно нереалистичными (также как и некоторые прогнозы относительно

ядерной энергии). Однако, важно понять, что возвращение к действительности

не должно привести к их полному пренебрежению. Альтернативные источники

энергии должны и дальше исследоваться и применяться там, где они

соответствуют своему назначению. В особенности большой эффект может быть

достигнут при правильном согласовании расположения, масштаба и

термодинамических характеристик источников энергии со специфическими

энергетическими потребностям. Такие действия должны иметь более высокий

приоритет по сравнению с прямым увеличением производства "высокосортной"

электроэнергии в условиях, где требуется только "низкосортная" теплота..

Всякий раз, когда вопрос об использовании ядерной энергии возникает

вновь, появляются такие, кто желал бы поместить джина обратно в бутылку и

вернуться к эпохе "до ядерной невинности". Такие настроения становятся

преобладающими и в Австралии, потому что эта страна никогда не использовала

ядерную энергию. Австралия, вероятно, единственная развитая страна, в

которой, жители не получают никакой доли "ядерного электричества". Заметим,

что Франция вырабатывает 75 процентов всей электроэнергии только за счет

своей ядерной энергетики. Это самый крупный в мире экспортер

электроэнергии, получающий почти пять миллиардов долларов в год от такого

экспорта. По соседству - Италия, одна из индустриальных стран без каких-

либо работающих атомных электростанций. Это самый крупный в мире импортер

электроэнергии, большая часть которой поступает из Франции.

Весь Австралийский и Канадский уран продается исключительно на мирное

использование, преимущественно для производства электроэнергии. Ничего не

идет на изготовление оружия - это гарантированно международными мерами

безопасности.

И я надеюсь, что наши следующие поколения будут смотреть на ядерное

оружие скорее как на начальную "болезнь роста" ядерного века, чем как на

главную его характеристику (что было характерно для бронзового и железного

веков).

При написании этой книги были предприняты значительные усилия, чтобы

учесть все многообразие современной информации о производстве

электроэнергии с помощью ядерных установок. Приводимые в книге данные и

цифры являются общепризнанными, и обобщения не нарушают строгости нашего

исследования. Читатель не увидит на страницах многих из часто повторяемых

утверждений сторонников или противников ядерной энергетики. В книге мы не

будем обсуждать и социальные проблемы. Начиная с первого издания, намерение

авторов состояло в том, чтобы отойти от споров, от предвзятого подбора

аргументов, а представить только факты относительно энергетических

потребностей человечества и как они могут удовлетворяться, в том числе и

ядерной энергией. Текст был полностью проверен экспертами, которые несут

ответственность перед обществом за свой профессионализм. Четвертое издание

книги для школ и населения было подготовлено в рамках совместной

Австралийской и Канадской инициативы и это сотрудничество продолжается до

сих пор.

[pic]

Рисунок 1. Расход органического топлива

Мы не можем неограниченно использовать органическое топливо с таким темпом,

как мы делаем это сегодня.

Каждый способ производства и преобразования энергии оказывает влияние

на окружающую среду и несет определенные риски. Ядерная энергетика не

исключение, но ее влияние часто неправильно истолковывается, а риски

излишне завышаются. Ядерная энергия остается безопасным, доступным и

экономичным источником электроэнергии.

Настоящее 6-ое издание этой книги выходит в то время, когда нарастает

беспокойство за непрерывное загрязнение среды, усиливается недоверие к

науке и технике, "демонизируется" ядерная энергетика. Это беспокойство

обусловлено с одной стороны появляющимися доказательствами увеличения

глобальных температур, вызванных сжиганием органического топлива, а с

другой стороны - Чернобыльской катастрофой 1986 года. Во введении к первому

изданию этой книги в 1970-ых выражалось мнение, что, если большие усилия

направлять в обеспечение безопасности и эффективности коммерческой ядерной

энергетики, и, соответственно, меньшие в идеологические сражения с теми,

кто желал бы видеть мир без нее, мировое сообщество значительно выиграло бы

материально. После трагического опыта Чернобыля и последовавших

существенных изменений в оценке безопасности ядерных объектов, появившихся

сегодня возможностях рециркуляции оружейного урана для производства

электроэнергии, кажется, что сегодня мы наиболее близки к такому состоянию

дел.

Глава 1

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

1.1 ЭНЕРГИЯ СЕГОДНЯ

1.2 ПОТРЕБНОСТИ В ЭНЕРГИИ

1.3 ПРОИЗВОДСТВО ЭНЕРГИИ

1.4 ИЗМЕНЕНИЯ В ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИИ И ЭНЕРГОПРОИЗВОДСТВЕ

1.5 ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ И ЭНЕРГОПРОИЗВОДСТВО БУДУЩЕГО

1.1 Энергия сегодня

Вся потребляемая энергия приходит к нам, в конечном счете, или от

солнца или из недр земли. Солнце согревает нашу планету, снабжает требуемым

светом и теплом растения для роста. В далеком прошлом солнце таким же

образом снабжало нашу планету энергией. Эта энергия преобразовывалась в

растения, поддерживала жизнь животных. Благодаря этому мы получаем сегодня

уголь, нефть и природный газа - так называемые органические топливные

ресурсы, от которых существенно зависит наша цивилизация.

Единственный альтернативный источник энергии не органического

происхождения, находящийся в земле, - это атомы некоторых элементов,

которые сформировались задолго до появления солнечной системы. Они

находятся сегодня в земной коре *.

|* Уран, содержащийся в земной коре, сформировался приблизительно 6.5 |

|миллиардов лет назад, и его концентрация в среднем составляет 0.14 %. |

|Теплота от радиоактивного распада этого урана сегодня управляет |

|процессами конвекции в земной коре. |

Количество энергии на единицу массы атома зависит от размера атома:

минимальное количество энергии на единицу массы содержится в атомах средних

размеров (таких как углерод и кислород), в то время как большее количество

содержится в малых атомах (таких как водород) или больших (таких как уран).

Энергия поэтому может быть получена либо путем соединения малых атомов в

атомы средних размеров (синтез), либо путем деления больших атомов на атомы

средних размеров (расщепление). Освоение человечеством энергии синтеза и

энергии расщепления является одним из наиболее важных достижений последнего

столетия.

Начиная с 1970-ых годов, было много написано о надвигающемся "мировом

энергетическом кризисе", который обычно связывают с кризисом

нефтедобывающей промышленности. Рисунок 1 во Введении очень наглядно

иллюстрирует важное значение сохранения ископаемых топливных ресурсов для

будущих поколений.

Хотя с 1970-ых годов и проводится политика сохранения природных

запасов сырой нефти, тем не менее, лет через 50 все ресурсы органического

топлива кроме угля будут исчерпаны. Уголь к тому времени займет ту же роль,

какую нефть занимает сегодня, особенно в качестве ценного химического

сырья.

Большое значение сохранения органических источников энергии очевидно

даже в областях, где пока их использование достаточно дешево. Постепенное

выравнивание энергетических потребностей в развитых странах за последнее

десятилетие является результатом увеличения производства энергии. Однако,

непрерывный рост энергетических запросов в развивающихся странах постоянно

увеличивает расход природных ресурсов планеты, несмотря на стремление к их

сохранению.

Многие люди в развивающихся странах стремятся к уровню жизни,

характерному для развитых стран. Осуществление этих надежд зависит от

доступности энергетических ресурсов. Рост населения земли от сегодняшнего

уровня в 6 миллиардов к прогнозируемому в 7.5 миллиардов в 2020 году

значительно увеличит потребности в энергии.

1.2 Потребности в энергии

Энергетические потребности индустриальных стран определяются тремя

основными факторами:

. Коммунальное хозяйство и торговля

. Промышленность и сельское хозяйство

. Транспорт

Во многих странах каждая из этих позиций составляет примерно одну

треть всех энергетических потребностей, хотя размер коммунального

потребления существенно зависит от климатических особенностей страны. В

Австралии, например, внутренние потребности относительно малы, а в Канаде

несколько больше из-за более холодного климата.

Более определенно можно говорить о специфических потребностях, если

учитывать следующие факторы:

. Требуется ли для снабжения теплом населения и производственных

процессов вода с температурой до 110 °C.

. Требуется ли для снабжения теплом населения и производственных

процессов вода с более высокой температурой (более чем 110 °C).

. Каковы потребности в освещении.

. Каково энергопотребление в производстве.

. Насколько развит общественный и частный транспорт.

Некоторые из них удовлетворяются поставками электрической энергии,

потребность в которой во всем мире постоянно растет (см. ниже раздел 2.1).

Таблица 1.

Производство электроэнергии

Тераватт часы (TВтч, или миллиард кВтч)

| |1987|1997|Темпы роста |

|Все страны, входящие в "Организацию |6232|8839|42 % |

|экономического сотрудничества и развития" | | | |

|Все страны, не входящие в "Организацию |4368|5110|17 % |

|экономического сотрудничества и развития" | | | |

|Во всем мире |1060|1394|32 % |

| |0 |9 | |

|экономического сотрудничества и развития" | | | |

|Страны бывшего СССР |1660|1234|-17 % |

|Африка |280 |399 |42 % |

|Латинская Америка |542 |688 |27 % |

|Азия (исключая Китай) |613 |1053|72 % |

|Китай |497 |1163|134 % |

|Ближний Восток |197 |366 |86 % |

1.3 Производство энергии

Многообразие существующих сегодня источников энергии можно разбить на

три основные категории:

. Возобновляемые источники энергии: древесина и некоторые зерновые

культуры, пригодные для производства, например, этилового спирта или

метанола.

. Невозобновляемые источники энергии: уголь, газ и нефть (органические

топливные ресурсы), уран и торий (энергия расщепления), тритий и

дейтерия (энергия синтеза) *.

. Возобновляемые естественные источники энергии: солнечная теплота и

свет, энергия ветра, энергия океанских волн, энергия течения рек,

геотермальное тепло, океанские температурные градиенты.

|* Если дейтерий (тяжелый водород) будет когда-либо использован для |

|реализации устойчивой реакции синтеза, то большие количества этого |

|элемента, находящегося в морской воде, делают его практически |

|безграничным энергетическим ресурсом. Поэтому его можно классифицировать|

|как возобновляемый источник энергии (см. также 2.4). |

Эти основные энергоисточники позволяют получать следующие

энергоносители:

. Электроэнергия, которая может быть получена от многих основных

источников.

. Водород, который получают, главным образом, электролизом воды.

. Этиловые спирты, получаемые из древесины и других растительных

материалов.

. Бензин и газ, которые получают из нефти и угля.

На сегодняшний день важнейшее значение для человечества имеет

электроэнергия, хотя и водород имеет перспективы играть существенную роль в

будущем.

Многие энергетические потребности могут быть удовлетворены более чем

одним видом энергоносителя. Например, теплота может производиться либо с

помощью любого органического топлива, либо с помощью электроэнергии, либо с

помощью энергии солнца. Энергоноситель для транспорта (бензин, керосин и

проч.) может быть получен из нефти или газа. В будущем, возможно, водород

здесь займет главную роль.

Экономическая целесообразность подразумевает, что источники энергии

типа нефти и ее производных должны не использоваться там, где они могут

быть замещены более подходящим топливом.

Основные энергетические ресурсы Австралии и Канады показаны в Таблицах

2A и 2B. Австралия имеет большие природные запасы угля и урана, и намного

меньшие нефти и газа. Это находит свое отражение в торговле энергетическими

ресурсами. Обе страны импортируют нефть и экспортируют уголь и уран. Канада

имеет большие природные запасы урана, который составляет важную часть ее

экспорта, наряду с углем и газом.

Таблица 2A.

Энергетическое состояние Австралии*

(Петаджоули - 1015 Джоулей)

| |ресурсы (ПДж) |1997-78 |1997-78 |

|Каменный уголь |1 323 000 |1 374 |4 617 |

|Бурый уголь |398 000 |630 |2 (экспорт в |

|Нефть |15 650 |1 657 |421 (импорт) |

|Сжиженный нефтяной газ |4 611 |7 |148 (экспорт)|

|Природный газ |53 040 |860 |412 (экспорт)|

|Уран (для легко-водных |444 000 |- |3 015 |

|Гидроэлектроэнергия | |56 | |

|Древесина и прочее | |226 | |

| |Всего |4 810 |8 615 |

|* Таблица не включает большое количество солнечной энергии, используемой|

|внутри страны. Например, Австралийская солевая промышленность использует|

|приблизительно 1000 ПДж в год на производство соли естественным |

|испарением воды, что составляет, примерно, 2/3 всей энергии, |

|вырабатываемой в стране с помощью нефти. |

Таблица 2B.

Энергетическое состояние Канады*

(Петаджоули - 1015 Джоулей)

| |ресурсы (ПДж) |1998 |1998 |

|Уголь: антрацит и |120 000 | |517 |

|Уголь: весь | |1271 | |

|Уголь: подбитуминозный и |76 000 | | |

|Нефть |53 200 |4 098 |1 832 |

|Природный газ |74 400 |2 646 |3 356 |

|Уран (для легко-водных |255 000 | |4 137 |

|Уран (для реакторов |332 000 |780 | |

|Гидроэлектроэнергия | |1 085 |99 |

|Другие | |569 | |

| |Всего |10 449 |9 941 |

1.4 Изменения в энергопотреблении и энергопроизводстве

Распределенность энергетических ресурсов на планете означает, что с

ростом их потребления, увеличивается и роль международной торговли в этой

сфере. Энергетически бедные страны становятся зависимыми от поставок

энергоносителей странами, богатыми энергоресурсами. Из-за фундаментального

значения энергии для экономики, такие страны-импортеры становятся уязвимыми

как с политической так и с экономической точек зрения.

Наглядная иллюстрация этого - существенное изменение роли нефти. До

начала 1970-ых годов многие страны пришли к зависимости от импорта нефти из-

Страницы: 1, 2, 3, 4

МЕНЮ

Энергия

Энергия

ИНТЕРЕСНОЕ