- •Миркин б.М., Наумова л.Г. Устойчивое развитие
- •Оглавление
- •Глава 1. Глобальные последствия влияния человека на биосферу 7
- •Введение
- •Глава 1. Глобальные последствия влияния человека на биосферу
- •1.1. Общая характеристика техносферы
- •Контрольные вопросы
- •Разрушение литосферы
- •Контрольные вопросы
- •1.3. Загрязнение атмосферы
- •1.3.1. Общая характеристика
- •Контрольные вопросы
- •1.3.2. Усиление парникового эффекта
- •Контрольные вопросы
- •1.3.3. Разрушение озонового слоя
- •Контрольные вопросы
- •1.3.4. Кислотные дожди
- •Контрольные вопросы
- •1.4. Влияние на гидросферу
- •1.4.1. Загрязнение мирового океана
- •Контрольные вопросы
- •1.4.2. Нарушение континентальных водоемов
- •Контрольные вопросы
- •1.4.3. Влияние на подземные воды
- •Контрольные вопросы
- •1.5. Разрушение экосистем
- •1.5.1. Снижение биоразнообразия
- •Контрольные вопросы
- •1.5.2. Уничтожение лесов
- •Контрольные вопросы
- •1.5.3. Разрушение пахотных почв
- •Контрольные вопросы
- •1.5.4. Опустынивание
- •Контрольные вопросы
- •1.5.5. Биологическое загрязнение наземных экосистем
- •Контрольные вопросы
- •1.5.6. Биологическое загрязнение пресноводных и морских экосистем
- •Контрольные вопросы
- •1.6. Заключение
- •Темы для обсуждения на семинарских занятиях
- •Глава 2. Перспективы перехода мирового сообщества к устойчивому развитию
- •2.1. К истории формирования концепции ур
- •2.2. Сценарии перехода к ур
- •2.2.1. Сценарий 1: сциентистский
- •Контрольные вопросы
- •2.2.2. Сценарий 2: консервационистский
- •Контрольные вопросы
- •2.2.3. Сценарий 3: центристский
- •Контрольные вопросы
- •2.3. Особенности перехода рф к ур
- •Контрольные вопросы
- •2.4. Заключение
- •Темы для обсуждения на семинарских занятиях
- •Глава 3. Демографическая проблема
- •3.1. От Мальтуса к неомальтузианству
- •Контрольные вопросы
- •3.2. Демографические реалии прошлого и настоящего
- •20 Крупнейших стран в 2050 г. (ранжированных по численности
- •Контрольные вопросы
- •3.3. Возможности управления демографическим процессом
- •3.4. Демографическая ситуация в России
- •Контрольные вопросы
- •3.5. Заключение
- •Темы для обсуждения на семинарских занятиях
- •Глава 4. Энергетическая проблема
- •4.1. Характеристика современной энергетики
- •1000 МВт, работающих на разных видах ископаемого топлива
- •4.2. Прогноз энергетики будущего
- •4.3. Перспективы нетрадиционной энергетики
- •4.3.1. Гелиоэнергетика
- •4.3.2. Ветроэнергетика
- •Контрольные вопросы
- •4.3.3. Другие виды нетрадиционной энергетики
- •Контрольные вопросы
- •4.4. Перспективы развития атомной энергетики
- •1 МВт электроэнергии в год на электростанциях разного типа
- •4.5. Энергосбережение
- •4.6. Заключение
- •Темы для обсуждения на семинарских занятиях
- •Глава 5. Продовольственная безопасность
- •5.1. Современное состояние
- •5.2. Зеленая революция и ее альтернатива
- •5.3. Сложности обеспечения продовольственной безопасности
- •5.4. Генетически модифицированные растения
- •5.5. Продовольственные ресурсы мирового океана
- •5.6. Продовольственная безопасность России
- •5.7. Заключение
- •Темы для обсуждения на семинарских занятиях
- •Глава 6. Ресурсы и отходы
- •6.1. Проблемы обеспечения ресурсами
- •6.1.1. Масштабы глобального потребления минеральных ресурсов
- •6.1.2. Исчерпаемость ресурсов
- •6.1.3. Пути решения проблемы экономии минеральных ресурсов
- •6.1.4. Экономия ресурсов воды
- •6.1.5. Ресурсы древесины
- •6.2. Проблема уменьшения количества отходов
- •6.2.1. Общая характеристика загрязнения биосферы отходами
- •6.2.2. Переработка промышленных отходов
- •6.2.3. Очистные сооружения
- •6.2.4. Программы спасения континентальных водоемов
- •6.2.5. Радиоактивные отходы и радиоактивное загрязнение
- •6.2.6. Радиоактивное загрязнение вследствие аварий
- •6.3. Ограничения «материальной революции»
- •6.4. Заключение
- •Темы для обсуждения на семинарских занятиях
- •Глава 7. Урбанизация
- •7.1. Роль урбанизации и перспективы развития городов
- •7.2. Проблемы городского транспорта
- •7.3. Проблемы чистой воды и бытовых стоков
- •7.4. Обеспечение энергией
- •7.5. Переработка бытовых отходов
- •7.6. Озеленение
- •7.7. Каким быть городу будущего?
- •7.8. Заключение
- •Темы для обсуждения на семинарских занятиях
- •Глава 8. Сохранение биологического разнообразия
- •8.1. Уровни сохранения биоразнообразия
- •8.2. История охраны биоразнообразия в мире
- •8.3. Современное состояние охраны биоразнообразия
- •8.3. Состояние охраны биоразнообразия в России
- •8.4. Заключение
- •Темы для обсуждения на семинарских занятиях
- •Глава 9. Роль экономических и правовых механизмов
- •9.1. Экономические механизмы рационального природопользования
- •9.2. Развитие экологического менеджмента
- •9.3. Роль экологических законов
- •9.4. Заключение
- •Глава 10. Нравственно-этические проблемы
- •10.1. Роль экологического образования в формировании экологической нравственности
- •10.2. Преодоление потребительства
- •10.3. Роль общественных экологических движений
- •10.4. Роль религии
- •10.5. Заключение
- •Темы для обсуждения на семинарских занятиях
- •Глава 11. Роль международного сотрудничества
- •11.1. Глобализация мирового сообщества
- •11.3. Основные направления международного сотрудничества
- •11.3.1. Охрана атмосферы
- •11.3.2. Охрана мирового океана
- •11.3.3. Охрана биоразнообразия
- •11.4. Правительственные и неправительственные природоохранные организации
- •11.5. Заключение
- •Темы для обсуждения на семинарских занятиях
- •Заключение
- •Литература
4.3. Перспективы нетрадиционной энергетики
Как отмечалось, эксперты МИРЭС возлагают большие надежды на развитие нетрадиционной энергетики на основе новых ВИЭ (солнце, ветер, тепло Земли, приливы и отливы, энергия малых водотоков и т.д.). Меры содействия развитию нетрадиционной энергетики – объект пристального внимания мирового сообщества (см. 11.3.1)
Рассмотрим перспективы различных вариантов нетрадиционной энергетики.
4.3.1. Гелиоэнергетика
Получение электрической или тепловой энергии за счет солнечной энергии – одно из самых перспективных направлений нетрадиционной энергетики. По наиболее оптимистичным прогнозам к 2020 г. эта отрасль будет давать от 5 до 25% мирового производства энергии.
Основные технические решения. Различают два основных варианта гелиоэнергетики: физический и биологический. При физическом варианте энергия аккумулируется солнечными коллекторами, солнечными элементами на полупроводниках или концентрируется системой зеркал. Исследования по гелиоэнергетике частично финансируются Всемирным банком по программе «Солнечная инициатива».
Солнечные коллекторы широко применяются в Японии, Израиле, Турции, Греции, на Кипре, в Египте для нагревания воды и отопления. В Германии успешно осуществлен проект «2000 солнечных крыш», в США солнечные нагреватели установлены в 1,5 млн. домов (их общая мощность равна 1400 МВт). Ряд предприятий РФ изготовляют несколько типов солнечных сушилок для сельскохозяйственных продуктов, которые позволяют сократить затраты энергии на единицу сухого продукта на 40%. Выпускаются в РФ и усовершенствованные плоские солнечные коллекторы и комплексные водонагревательные установки.
Энергия, получаемая на солнечных электростанциях (СЭС) с использованием системы зеркал, которые нагревают масло в трубах, в 5–7 раз дешевле, чем энергия солнечных элементов, т.е. фотоэлектрических преобразователей (ФЭП). Для изготовления ФЭП необходим химически чистый кремний. Дороговизна его производства является основным тормозом их широкого внедрения. Тем не менее, у ФЭП большие перспективы: 1 кг кремния заменяет 75 т нефти, хотя пока ФЭП широко используются только в космических аппаратах.
В США наиболее популярны гибридные солнечно-топливные электростанции (их КПД составляет 13,9%), суммарная мощность которых равна 400 МВт. Их средний КПД выше (достигает 23%), а стоимость энергии ниже, т.к. вырабатываются одновременно энергия и тепло. Во всех этих СЭС используются стеклянные концентраторы в форме параболических цилиндров высотой до 100 м и апертурой около 6 м. Ресурс работ этих концентраторов составляет 30 лет. Если бы Россия располагала подобными системами концентрации излучения, можно было бы за счет СЭС полностью обеспечить энергией южные районы страны (Емельянов, 2001).
В рамках развития физических вариантов гелиоэнергетики идет разработка моделей солнцемобилей. Пока эти транспортные средства проходят стадии экспериментальных образцов, тем не менее, в Японии регулярно проводят их ралли, в которых участвуют и российские создатели нового транспорта. Стоимость моделей-чемпионов пока в 10–15 раз выше, чем стоимость самого престижного автомобиля. Недостатком солнцемобилей являются большие размеры солнечных элементов, а также зависимость от погоды (солнцемобиль снабжается аккумулятором на случаи, когда солнце скрыто за облаками).
Ограничения физической гелиоэнергетики. Недостатком СЭС являются лишь очень большие затраты металла на их сооружение: в пересчете на единицу производимой энергии они в 10-12 раз выше, чем при производстве энергии на ТЭС или АЭС. Затраты цемента при этом еще выше – в 50-70 раз. СЭС занимают большие площади, и потому их строительство перспективно только в пустынях. Так, к югу от Лос-Анджелеса построена СЭС мощностью 80 МВт, причем затраты на ее строительство быстро окупились, получаемая энергия на 1/3 дешевле, чем энергия, вырабатываемая на АЭС. Есть проекты сооружения СЭС в пустынях Гоби и Сахаре с использованием водорода в качестве энергоносителя.
Поскольку строительство СЭС экономически рентабельно в случае, если число часов солнечного сияния не ниже 2000 в год, а интенсивность поступления солнечного света составляет 600-800 Вт/м2, в условиях РФ возможно строительство СЭС лишь в некоторых районах (Астраханская, Волгоградская и Ростовская области, Ставрополье, Калмыкия, Северный Кавказ, Читинская область, Бурятия, Тува).
Использование солнечных элементов сдерживается отсутствием рентабельной технологии получения химически чистого кремния, который пока стоит столько же, сколько и уран для АЭС. Однако работы по созданию технологии получения более дешевого кремния проводятся в ряде стран мира (особенно в Германии и Норвегии). Поскольку 1 кг кремния в солнечном элементе вырабатывает за 30 лет 300 тыс. кВт-часов электроэнергии, он эквивалентен 75 т нефти, так что прорыв в технологии получения кремния способен резко повысить вклад солнечной энергии в энергетический бюджет мира. Тем не менее, количество фотоэлектрических модулей, которые производятся в мире, быстро увеличивается. Ели в 1995 г. их суммарная мощность составляла 80 МВт, то в 2000 – уже 260, а в 2010 по прогнозам должна достигнуть 1700 МВт.
Возможности биологической гелиоэнергетики. При биологическом варианте гелиоэнергетики используется солнечная энергия, накопленная в процессе фотосинтеза в органическом веществе растений (обычно в древесине). Количество диоксида углерода, которое выделяется при сжигании растительной массы, равно его усвоению при росте растений (так называемые «суммарные нулевые выбросы»).
По сей день 55% древесины, которая используется человеком, – это топливо, причем, в странах третьего мира древесина сжигается в очагах для приготовления пищи и обогрева помещений. Это «установки» с самым низким КПД, который не превышает 10%. В Кении за счет этих «установок» удовлетворяется 75% энергетических потребностей, в Эфиопии и Бангладеш – 90%, в Нигерии – 80% (Дрейер, Лось, 1997).
Значительно более высоким КПД обладают ТЭС, где в результате сжигания древесины получается электроэнергия. Австрия планирует в ближайшие годы получать от сжигания древесины до 1/3 необходимой ей электроэнергии. Для этих же целей в Великобритании планируется засадить лесом около 1 млн. га земель, непригодных для сельскохозяйственного использования. Высаживаются быстрорастущие породы, такие, как тополь, срезку которого производят уже через 3 года после посадки (высота деревьев около 4 м, диаметр стволиков больше 6 см). В Бразилии из отходов сахарного тростника получают этиловый спирт, который используют в качестве топлива; в США работают электростанции, сжигающие отходы кукурузы.
Американская компания «Дженерал электрик» использует биомассу быстро растущих бурых водорослей (ежедневно с 1 га таких плантаций получается энергия, эквивалентная энергии 28 л бензина). Используется также планктонная микроскопическая водоросль спирулина, способная дать с 1 га до 24 т сухого вещества в год. В этом случае организуется замкнутая система производства энергии: зола после сжигания водорослей поступает в бассейн для многократного использования, что снижает расход элементов минерального питания.
Биологическим вариантом гелиоэнергетики является получение биогаза из органических остатков, в первую очередь навоза. Несложные установки для получения биогаза широко распространены в Китае и Индии. Уже в 80-х гг. в Индии действовало 50 тысяч таких установок.
Этот же вариант энергетики представляет получение швельгаза, который образуется при термической обработке (пиролизе) органических бытовых отходов в специальных установках, где они в анаэробных условиях нагреваются до температуры 400-700оС. (В этом случае затрачивается некоторое количество тепловой энергии из традиционных источников.)
В мире есть опыт утилизации «свалочного» газа, который образуется в результате гниения органических отходов на свалках. Для этого в толщу свалок пробуриваются скважины. В России совместно с голландской компанией «Гронтмай» испытаны две экспериментальные установки для получения «свалочного» газа. Мощность этих установок – 70-80 кВт. Опыт показал, что на средних по размеру полигонах можно получать 3500-4400 МВт в год. На крупных полигонах можно получать энергии еще больше.
Контрольные вопросы
1. Перечислите основные варианты гелиоэнергетики.
2. В каких условиях недостатки СЭС могут быть сведены к минимуму?
3. Что такое солнечные элементы? Почему задерживается широкое использование этих элементов в энергетике?
4. Каковы перспективы развития биологического варианта гелиоэнергетики?