Структура сучасного енергоспоживання. Енергетика

Вад вуглецевої сировини була позбавлена, як здавалося, атомна енергетика. Екологічно чиста, твердили її прихильники, дешева і невичерпна — справжня панацея від усіх енергетичних бід.
Як вже зазначалося, перша АЕС у світі була введена в експлуатацію в 1954 р. (Обнінськ). Потім були пуски АЕС в Англії — 1956 р. (Колдер-холл), США — 1957 p. (Шиппінг-порт), Франції — 1958 р. (Маркуль) тощо. Наступними етапами стали пуск водно-водяного реактора на Нововоронезькій АЕС (1964 р.) та урано-графітового реактора в Білоярську на АЕС ім. Курчатова (також у 1964 p.). Далі були розроблені ще декілька моделей атомних реакторів — на швидких нейтронах, з кип'ячим реактором та ін„ які були використані з різним ефектом.
Енергію АЕС нині виробляють 25 країн світу. Частка її в загальному балансі різних країн неоднакова, і коливається за даними наприкінці 80-х років так: Франція — 70%, Бельгія — 66%, Угорщина — 49%, Швеція і Південна Корея — по 47%, Тайвань — 41%, Швейцарія — 37%, Фінляндія, Болгарія, Іспанія — по 36%, Німеччина — 30%, Японія — 23%, США — 20%, Англія — 19%, Канада — 16%, Аргентина — 11%, ПАР — 7,3%, Голландія — 5,3%, Югославія — 5,2%, Індія — 3%, Пакистан — 0,6%, Бразилія — 0,3%. Ряд країн після чорнобильської катастрофи відмовилися від реалізації власних програм розвитку атомної енергетики (Австрія, Філіппіни, Швеція). Всього ж у світі працює понад 400 промислових атомних реакторів.

А тепер наведемо ще одну цитату, цінність якої визначається тим, що вона взята з нормативного дидактичного видання — підручника для вузів, а отже, відображала усталені погляди в суспільстві:
"Основними напрямками розвитку народного господарства СРСР на 1976-1980 pp." передбачено випереджаючий розвиток атомної енергетики в європейській частині СРСР. Основним напрямком у забезпеченні безпеки експлуатації АЕС в СРСР було вибрано не спорудження пристосувань, що дорого коштують,які зменшують шкідливі наслідки можливої аварії, а підвищення надійності систем, які покликані попереджувати інциденти".

Отже, монопольні діяння відомчої атомної науки і промисловості щодо впровадження недосконалих реакторів доповнилися на найвищому державному рівні відмовою від убезпечення реакторів, здешевленням їх за рахунок систем безпеки. Таким чином, аварії на радянських АЕС були "запрограмовані" з самого початку розвитку атомної енергетики.
"Здешевлення" реакторів має ще один аспект: чи не головним аргументом на користь АЕС висувалася теза про невелику вартість АЕС, про надзвичайно низьку собівартість одержуваної на них електроенергії. Для підтвердження такої точки зору у свій час прихильники атомної енергії навіть склали таку таблицю (Н. С. Хлопин, 1977):

Таблиця 16. Порівняльна вартість електроенергії

Дійсно, електроенергія АЕС з перерахованих — найдешевша, хоча різниця не така вже й значна. Але зауважимо, що автор розрахунків бере до уваги лише експлуатаційні витрати, включаючи вартість палива. Таким чином, зовсім не враховані вартість будівництва, вартість землі під АЕС, вартість демонтажу відпрацьованого реактора після його зупинки, не кажучи вже про можливі збитки від аварії. А всі ці кошти багатократно переважають суто "експлуатаційні" витрати, що робить тезу про дешевизну атомної електроенергії фікцією: насправді, це — чи не найдорожчий вид електроенергії, до того ж — найбільш небезпечний.

Ці висновки підтверджуються розрахунками західних експертів.
"Якби 100 електростанцій працювали справно протягом відведеного їм строку — 35-40 років, — зазначають, зокрема, відомі американські фахівці Г. Одум і Е. Одум, — то відношення одержаної корисної енергії до витраченої склало б 2,7:1, не враховуючи витрат на дезактивацію відходів чи на відшкодування збитків при несподіваних аваріях. Ці витрати в останньому випадку можуть перевищити вартість всієї корисної енергії".

Таким чином, і в найоптимальніших умовах рентабельність атомної енергетики невисока. У випадку ж порушення нормального функціонування АЕС ніякого прибутку взагалі не створюється, Проте відповідні висновки не були враховані при розгортанні атомної енергетики в СРСР.
Крім того, досі не розв'язана проблема нейтралізації ядерних відходів: не існує надійних методів їх переробки, консервації та зберігання тощо. Отже, нинішнє покоління залишає у спадок, окрім усього іншого, ще й величезні енергетичні витрати, живе в енергетичний борг у своїх дітей. Тому цілком справедливим сприймається й інший висновок Одумів:
“Ядерні електростанції не виробляють корисної енергії. Навіть якщо існують пристрої, котрі функціонують без будь-яких аварій, вони створюють менше енергії на одиницю додатково вкладеної енергії, ніж інші джерела енергії”.
Зауважимо, що цей висновок зроблено більш як за десятиріччя до чорнобильської аварії.
Нерідко, втім, використання атомної енергії виправдане через ряд обставин: відсутність власних джерел енергії, високий рівень технологічної дисципліни та комп'ютерної озброєності.
Що ж стосується колишнього СРСР, то тут розвиток атомної енергетики, по суті, визначався двома чинниками: одержанням сировини для зброї масового знищення (плутонію) та валюти за рахунок експорту електроенергії АЕС за кордон, яка йшла на задоволення потреб командно-адміністративної системи. В обох випадках, як бачимо, з соціально-культурної точки зору радянській програмі розвитку атомної енергетики виправдання не було і не має.
Водночас нерідко можна почути, що без АЕС країна буде відчувати нестачу енергорушіїв. Однак цей аргумент також є хибним. Відомо, що на момент чорнобильських подій в Україні мало місце відчутне перевиробництво електроенергії: за офіційними даними Міністерства енергетики на 1989 р. рівень споживання електроенергії в республіці планувався в 275 млрд кВт/год (приріст проти попереднього року — 1,5%). Виробництво ж у 1989 р. сягнуло майже 315 млрд кВт/год. (приріст на 4,7% відносно до попереднього року). Отже, навіть за умови суперпромислового навантаження, Україна виробляла більше на 40 млрд кВт/год., ніж потрібно було для внутрішнього споживання. Та й темпи приросту виробництва електроенергії були значно вищими, ніж приріст промислового виробництва. Однак, попри все це, Міністерство енергетики й надалі планувало розширення мережі АЕС та розбудову нових блоків, спорудження двох гідроакумулюючих станцій (Дністровської та Канівської), введення в експлуатацію нових тепло- та гідроелектростанцій. Маємо таким чином класичний приклад екологічної та економічної агресії проти України — розміщення на її території шкідливих чи небезпечних об'єктів, використання її природних і людських ресурсів, отримання внаслідок цього надприбутків.

Важливим напрямом забезпечення потреб суспільства в енергії є також гідроенергетика. За підрахунками спеціалістів, для енергетичного використання придатні лише 15 % гідроресурсів, які можуть забезпечити виробництво 1,5х1012 Вт електроенергії. Реально використовують приблизно 1/10 цього потенціалу, що давало змогу задовольнити наприкінці першої третини XX ст. майже половину всіх енергетичних потреб людства. З часом частка гідроенергії у сукупному балансі впала майже вдвічі.
Хоча ГЕС є об'єктами відносно екологічно чистими, однак вони породжують чимало інших проблем, зокрема проблему використання землі. Адже великі ГЕС, тобто такі, потужність яких перевищує понад 1000 МВт (їх у світі понад 70), потребують гігантських водосховищ, а це пов'язано з відчуженням ріллі та пасовищ, погіршенням клімату регіону, підвищенням сейсмічності земної кори, негативними змінами режиму рік та підземних вод тощо. Надзвичайно руйнівними є аварії ГЕС: не випадково в США прийнято і реалізовано програму ліквідації гігантських рівнинних штучних водойм. На жаль, знову ж таки в СРСР у цих питаннях існувала прямо протилежна стратегія: до 2000 р. відповідні відомства, на додаток до існуючих, планували спорудити ще понад 100 великих рівнинних ГЕС. Наслідки цієї політики Україна пожинає до сих пір.

У світовій практиці оптимальна стратегія зовсім інша. Стрижнем її є орієнтація на розвиток малої гідроенергетики. У Китаї, наприклад, діє понад 70 тис. малих ГЕС, потужність яких становить 8,5 млн кВт. Як зауважують у зв'язку з цим китайські гідротехніки Лі Гуйфень і Гао Цзичжан (1988), розвиток малої гідроенергетики сприяв організації енергетичної промисловості в Китаї і водночас благотворно впливав на розвиток сільського господарства та місцевої промисловості, на поліпшення умов життя селян. Чималий позитивний досвід такого роду накопичено також у Франції, Швеції, зрідка малі ГЕС зустрічаються на Україні (наприклад, у Межигірському районі на Закарпатті, Гайворонському на Кіровоградщині та ін.).

Традиційне, до того ж відновне, джерело енергії — енергія повітряних мас. Нині вітер також входить знову "в моду", і коли сталася енергетична криза, в багатьох країнах посилили увагу до вивчення можливостей використання його енергії. У 80-х роках вже діяло понад 15 тис. повітряних енергетичних станцій, зосереджених переважно в США (75% світових), Данії, Голландії, Швеції. Типовий двигун, установлений на таких пристроях, наприклад, датський "Вестас", має потужність 55 кВт і може виробити за рік від 200 до 400 тис. кВт/год електроенергії.
Нагадаємо, до речі, що перші масштабні дослідження промислового використання енергії вітру були розгорнуті в СРСР. Ще в 1923 р. Центральний аерогідродинамічний інститут (ЦАП) запропонував конструкцію двигуна з оригінальною конфігурацією крил, розрахованого за допомогою експериментів в аеродинамічній трубі. У 30-х роках цією проблемою впритул зайнявся Енергетичний інститут ім. Крижанівського, а трохи пізніше — на початку 40-х років — Всесоюзний інститут механізації та електрифікації сільського господарства запропонував до впровадження серію дерев'янометалевих вітряків з розмахом крил 8, 10, 12, 16 м. На жаль, гігантоманія, яка охопила країну після прийняття в 1949 р. "сталінського плану перетворення природи" геть перекреслила подібні дослідження, які, безперечно, знадобилися б нині хуторянам-фермерам та й не тільки їм.

Здавна людям відома і геотермальна енергія: ще римляни використовували природні гарячі води для своїх знаменитих терм. Тепло землі повсякчас обігріває і кожного з нас, адже кожен квадратний метр землі випромінює приблизно 0,06 Вт, що для всієї поверхні планети становить фантастичну цифру — 2,8х1014 кВт/год. Лише у верхніх 5 км земної кори акумульовано десь 3,4х1025 кал. тепла. Зауважимо, що ця кількість теплоти у 500 тис. разів перевищує світове споживання енергії в 1984 р. Отже, перспективи використання геотермальної енергії практично безмежні.
На сьогоднішній день земне тепло відводять двояким чином: або використовують природні виходи гарячої води (пари) з надр на поверхню, або ж через спеціальні свердловини закачують холодну воду вглиб земних порід, звідки вона вже нагріта повертається до споживача. На кінець 80-х років у світі працювало понад 20 подібних геотермальних станцій загальною потужністю близько 1,5 млрд Вт.
Звісно, геотермальне тепло використовується не лише для одержання струму. Скажімо, для потреб бальнеології витрачається (еквівалентно) навіть більше, ніж 1,5 млрд Вт. А ще ж використовується тепло, необхідне для опалення, землеробства, тепличного та оранжерейного господарства, прання білизни та приготування їжі, розморожування продуктів і пастеризації їх, стерилізації та сушіння деревини, консервації енергії, яка надходить безпосередньо із земної кори. Загалом, наприкінці нашого століття у світовому господарстві планується використання такої кількості геотермальної енергії, яка еквівалентна 8 млн т нафти щорічно. Основні споживачі даної енергії: Японія, Угорщина, Ісландія, Китай, Франція, Італія, Нова Зеландія та ін. Попри таку відносно незначну величину, очевидно, що геотермальна енергія має великі перспективи, оскільки вона екологічно чиста і практично відновна.

Величезну теплову й динамічну енергію акумулює океан. Поглинаючи сонячну енергію і нагріваючись, верхні шари океану мають вищу температуру, ніж нижчі; тим часом приблизно на кілометровій глибині у напрямку від полюсів до екватора рухаються холодні шари води. Різниця між поверхневими та глибинними шарами досягає 25°С, а потенціал цього теплового градієнта — приблизно 1013 Вт, з яких промислово можна використати від 0,01 до 0,1 частки. Зрозуміло, що це також колосальна кількість енергії.
На сьогодні розроблено чимало проектів, втілення яких в життя є економічно рентабельним. Один з них, розроблений французькими вченими, базується на використанні рідкого аміаку в замкненому контурі. Теплі поверхневі води нагрівають цю речовину до кипіння, і утворений внаслідок цього газ надходить на турбіну; відпрацьований газ охолоджується, зріджується і знову опускається в шари теплої води, і цикли повторюються знову. Зрозуміло, що використання енергії океану можливе в перспективі, але екологічна чистота і її розміри роблять посилення уваги до неї виправданим.

Енергія океанів включає і потенціал припливів та відпливів, хоча тут слід зауважити, що вони опосередковувані енергією Місяця. Фахівці вважають, що економічно доцільними є спорудження таких станцій, перепад рівнів води на яких становив би не менше п'яти метрів. І таких місць є чимало на планеті: затока Фанді в Канаді і США, затока Кука на Алясці, бухта Мон-Сен-Мішель у Франції, гирло ріки Северн у Великобританії, затока Уолкотта в Австралії, Мезенська затока і Біле море в Росії, Керченська протока в Україні тощо.
Загалом потенційно можна використати десь 8,0х109 Вт, практично ж кількість енергії, яка використовується, принаймні, в 4 рази менша (еквівалент 1 млрд баррелів нафти).
Сьогодні успішно функціонує припливна електростанція біля Ла-Ранс (Франція) проектною потужністю 240 МВт. Припливна станція потужністю 20 МВт в затоці Фанді (Канада), Кислогубська дослідно-промислова станція — на узбережжі Баренцевого моря, є діючі станції в Японії, Південній Кореї, Китаї. Отже, можна говорити про відродження добре забутого старого, адже здавна в Європі будували млини, лісопильні, шерстобитні якраз на енергії припливів. Щодо енергії хвиль, то, попри великий їх енергетичний потенціал, нині це, скоріше, теоретична проблема, ніж практична, хоча японці ще з 1965 р. широко використовують морські буї, які живляться енергією хвиль.

Набагато звичнішою, особливо в країнах третього світу, є енергія, отримувана з наземної органіки — первинних продуктів фотосинтезу та решток перетворення органічної речовини. Майже половина жителів планети (понад 2 млрд) має органіку за основне джерело палива.
Переважна кількість енергії біомаси зосереджена в продукції лісів, чагарників і степів — 84,9%. Порівняно з цим навіть аграрний сектор планети дає майже на порядок менше енергії — 9,1%. Однак і цей показник приблизно адекватний спалюваній щорічно нафті. Тому інтесифікація сільськогосподарського виробництва, очевидно, спроможна розв'язати не лише харчову проблему, а й поліпшити енергетичні проблеми.
Тим часом спалювання біомаси є однією з головних причин екологічних криз минулого й сучасного. Такі держави як Рим, Англія, Іспанія, Греція, Ліван та ін. майже повністю винищили свої ліси ще в прадавні часи. Символ Лівану — кедр, який у біблійні часи ріс на площі понад 0,5 млн га, нині зберігся на ділянці, величиною в 200 га. І сьогоднішні народи традиційного господарювання ризикують залишити по собі суцільні пустелі, як то зробили народи, що колись проживали в Сахарі, Аравійській пустелі, Кара-Кумах та Кизил-Кумах. Якщо тропічні ліси займали в 1980 р. майже 3 млрд га, то на 1/6 їх частині практикувалося підсічно-вогневе землеробство. А саме з випалюванням лісів пов'язано 70% знеліснення площ Африки, 50 — Азії, 35% — Америки тощо.
Однак біомаса може бути використана і з застосуванням прогресивних біотехнологій. Тоді вона дає більше енергії та продуктів. Якщо обробити органіку біологічними засобами, можна отримати спирт і біогаз, придатні як для опалювання, так і для автомобільних двигунів. Обробляючи ж біомасу за допомогою методів піролізу, газифікації, крекінгу тощо, можна отримати з неї природний газ, вугілля, мастила, бензин, гас, солярку. Надзвичайно важливим є те, що виробляючи біогаз і отримуючи таким чином екологічно чисту енергію, одночасно звільняються від гною та іншої сільськогосподарської "органіки", очищаючи таким чином довкілля. Подібна практика досить поширена в Китаї та Індії.