5. Закономерности экспоненциального роста энергетики.

Тот факт, что зависимость энергопотребления от времени в полулогарифмических координатах представляет собой почти прямую линию, означает, что эта зависимость экспоненциальная. В экономике часто встречаются экспоненциальные зависимости. Пять основных характеристик мировой системы - численность населения, производство продуктов питания, индустриализация, загрязнение окружающей среды и потребление невозобновляемых природных ресурсов - возрастают практически по экспоненциальному закону. Исследуем некоторые важные закономерности экспоненциального роста энергопотребления. Обозначим через W установленную суммарную мощность энергетических установок (в мире, в отдельной стране или регионе). Если скорость наращивания мощностей dW/dt пропорциональна установленной в данный момент времени t мощности W(t), то дифференциальное уравнение, описывающее изменение установленной мощности с течением времени, имеет вид

где к - темп роста, т = 1/к - характерное время (период времени, постоянная времени), в течение которого установленная мощность энергоустановок увеличивается в e = 2,72 раза.

Темп роста к = 1/т называют также эффективностью развития энергетики (экономики). Чем больше величина к, тем быстрее рас­тет величина W(t) (установленная мощность, ВВП и т.п.). Пусть в начальный момент времени (t = 0) установленная мощность равня­лась Wo. После интегрирования уравнения (1.1) получим закон из­менения установленной мощности с течением времени

Экспонента является быстро возрастающей функцией, график которой схематично изображен на рис. 1.9 а. Удобнее изображать экспоненциальную зависимость в "полулогарифмических коорди­натах" (рис.1.9 б), где она становится линейной. Действительно, логарифмируя предыдущее выражение, получаем

Отсюда следует, что темп к экспоненциального роста равен тан­генсу угла между «полулогарифмической прямой» и осью абсцисс t (осью времени).

.

6. Мировые ресурсы энергии. Пределы роста.

Энергетические ресурсы подразделяются на возобновляемые и невозобновляемые (табл. 1.9). К невозобновляемым энергоресур­сам относятся извлекаемые из земли уголь, нефть, газ, торф, уран и некоторые другие, запасы которых сформировались в доисториче­ские времена. К возобновляемым энергоресурсам относятся сол­нечная энергия, энергия рек и приливных течений, ветер, геотер­мальная энергия, тепловая энергия океана и др.Ежегодное поступление на Землю солнечной энергии в сотни раз превышает предполагаемые потребности человечества. Однако использовать энергию Солнца и других возобновляемых источни­ков трудно, поскольку они рассеяны в пространстве и непостоянны во времени, что требует решения проблемы аккумулирования энер­гии и передачи ее на большие расстояния потребителю.Некоторые из возобновляемых источников энергии (приливы, ветер, гидроэнергия, геотермальные источники) могут играть важ­ную роль в отдельных регионах, но их общие ресурсы малы по сравнению с ожидаемым потреблением энергии.

Запасы органического топлива - основного источника энергии на протяжении последних трех столетий - весьма ограничены. Кроме того, на сжигание органического топлива расходуется ки­слород воздуха, а продукты сжигания в виде золы, сажи, газооб­разных токсичных веществ загрязняют окружающую среду. Ядер­ная энергетика хорошо обеспечена ресурсами на столетия.Однако при выборе энергетической стратегии необходимо учи­тывать помимо запасов энергоресурсов также экономичность спо­соба производства полезной энергии, его технические возможности и степень воздействия на окружающую среду и население.

Когда говорят о запасах энергетических ресурсов, то необходимо различать глобальные запасы (общее количество в земной коре или, как например, уран, дейтерий и другие элементы, в воде морей и океанов) и запасы разведанные, технически извлекаемые или эконо­мически обоснованные. Запасы могут расширяться по мере проведе­ния геологической разведки, появления новых экономичных техно­логий извлечения ресурсов или повышения цен на энергетические ресурсы., доступность энергетических ре­сурсов существенно зависит от стоимости их извлечения.

Пределы роста

Под таким названием в 1974 г. опубликован отчет группы уче­ных под руководством Д. Медоуз из Массачусетского технологи­ческого института США. Отчет выполнен по заказу Римского клу­ба - международной группы крупных бизнесменов, государствен­ных деятелей и ученых. Требовалось исследовать причины и дол­говременные последствия роста численности населения, промыш­ленного капитала, производства продуктов питания, потребления ресурсов и загрязнения окружающей среды. Газеты гла­сили: «Компьютер заглянул в будущее и содрогнулся». Многие восприняли отчет как предсказание скорого конца света.

Расчеты авторов [1.3] показали, что в первой половине XXI в. объем промышленного производства на душу населения превысит вдвое уровень 1990 г., достигнет максимума и начнет резко умень­шаться. Более крупное промышленное производство в большей сте­пени загрязняет окружающую среду и потребляет больше ресурсов. Загрязнение снижает урожайность сельскохозяйственных культур. Для поддержания необходимого уровня производства продуктов питания сельскохозяйственный сектор требует дополнительных ка­питаловложений. Исчерпание ресурсов, загрязнение среды и сниже­ние качества питания приведут к драматическому снижению чис­ленности населения, начиная с 2050 г., причем так, что через не­сколько десятилетий достигнет уровня «бронзового века».

Вот основные выводы авто­ров, подтвержденные и усиленные в их новой книге «За пределами роста» (1994 г.) [1.4], опубликованной к 20-летию первого отчета:

1. Темпы использования человечеством многих важных видов ресурсов и темпы производства многих видов загрязнений уже превышают допустимые пределы. Без существенного уменьшения потоков материальных и энергетических ресурсов в ближайшие десятилетия произойдет неконтролируемое (и резкое) сокращение следующих душевых показателей: продуктов питания, потребления энергии, промышленного производства и резкое сокращение чис­ленности населения (рис. 1.13).

2. Это сокращение не является неизбежным. Чтобы предотвра­тить его, необходимо: 1) пересмотреть политику и практику, спо­собствующих росту численности населения и уровня материально­го потребления, 2) быстро и резко повысить эффективность ис­пользования материальных и энергетических ресурсов.

3. Технологически и экономически создание устойчивого об­щества еще возможно. Переход к устойчивому обществу требует тщательно сбалансированных дальних и ближних целей и акцента на достаточности, равенстве и качестве жизни, а не на объеме про­изводства. Он требует большего, чем продуктивность, и большего, чем технология, он требует еще и зрелости, сострадания, мудрости.

«Идеи пределов, устойчивости, достаточности, равенства и эф­фективности - это не барьеры, не препятствия, не угрозы. Они ве­дут к новому миру. Устойчивость, а не все более совершенное оружие или борьба за власть и материальные блага - вот последний вызов энергии и творческим способностям рода человеческого» - таков вывод авторов отчета Римскому клубу.