1.9. Енергетика урбанізованих регіонів

Людина з часів нижнього палеоліту (2-2,5 млн років) підтримує своє існування за рахунок енергії, одержаної із продуктами харчування. Лише 50 тис. років тому, коли людина навчилася добувати вогонь сама, до її енергетичного балансу додалася і ця антропогенна енергія. Потім в якості енергетичного додатка стали виступати домашні тварини – коні, воли, осли, собаки, а згодом водяні вітряки і вітряні двигуни. Далі була епоха пари, електрики, а сьогодні – керованої термоядерної енергії. Бея ця еволюція енергоспоживання пов’язана передусім із розвитком міст.

У часи нижнього палеоліту раціон харчування одного жителя Землі, а їх налічувалося близько 10–20 тис.чол., становив близько 8x10³–1,2x10⁴ кДж/добу (Козинцев, 1980), табл. 1.3.

У цей період річне споживання енергії становило приблизно 4,6x10¹⁰– 8,8x10¹⁰ кДж/рік. На початку середнього палеоліту чисельність населен­ня планети досягла 200–300 тис чол., а енергоспоживання 1,6–2,3 (10¹²) кДж/рік. У кінці палеоліту кількість населення досягла 1 млн, а спожи­вання енергії – 9,2x10¹² кДж/рік. Отже, у верхньому палеоліті завдяки використанню вогню, енергоспоживання, порівнюючи з початковим ета­пом становлення людства, зросло в 100 разів. Вогонь використовували для розчищення площ пасовищ, що значною мірою змінило обличчя планети, призвело до появи саван і степів, зникнення крупних тварин.

Таблиця 1.3

Споживання людством енергії в різні періоди його розвитку (за Прохоровим, 1990)

Період	К-сть чол.	Споживання енергії, кДж	Період	К-сть чол.	Споживання енергії, кДж
Нижній палеоліт	10-20 тисяч	4,6-8,8 (1010)	Феодалізм
			початок	230 млн
Середній палеоліт	200-300	1,6-2,3 (1010)	середній	–	6,3x1015
			пізній	920 млн	1,7х1016
Верхній палеоліт	1 млн	92х1012	Середина XIX ст.	952 млн	2,9-3,1 (1016)
Неоліт (кінець)	50 млн	6,3х1014	Початок XX ст.	1 млрд 652 млн	5,3x1016
Античний			50-ті роки	2 млрд 485 млн	1,5х1017
початок	50 млн	8,4х 1014	Кінець XX ст.	4 млрд 456млн	4,1х1017

Криза мисливської цивілізації привела людство до збиральництва і землеробства, тобто до неолітної (8-3 тис. років до н.е) революції. Період неоліту почався приблизно 5 тис, років тому. За цей час кількість народо­населення зросла з 10 до 50 млн. чол., а його сумарні енергетичні затрати – з 1,7х10¹⁴ до 6,3х10¹⁴ кДж/рік. Збільшення енергоспоживання було не­розривно пов’язане із господарською діяльністю, зокрема, з підсічно-вог­невим землеробством (існує в окремих слаборозвинутих країнах і до теперішнього часу). Ця примітивна система господарювання полягала у звільненні від лісу (спалювання, вирубка) на 2-З роки ділянок для ви­рощування сільськогосподарських рослин. Після виснаження землі ділянку залишали для зарощування. Правда, в умовах жаркого клімату, де паводки несли багатий органікою мул, землеробство не вимагало переміщень населення, що вело до його великої концентрації. Таким чином, в неоліті в окремих місцях кількість населення сягала 200-350, а то й 500 чол./км², а енергоспоживання – до 4 млрд. кДж/км² на рік.

Вважають, що в античний період енергоспоживання не перевищувало рівня епохи неоліту і становило 46-50 тис. кДж/добу на душу населення. Це пояснюється тим, що вогонь і тодішні види енергії не могли дати помітного росту енергоспоживання. Отже, основний додаток до зростан­ня енергозабезпечення тогочасного народного господарства містився в мускульній праці рабів. Сьогодні це явище спостерігається у слаборозви­нутих країнах. На початку античного періоду споживання енергії стано­вило 8,4х10¹⁴ кДж/рік, а в кінці – 2,1-2,5x10¹⁵ кДж/рік. Реальним є те, вважає Б.Б. Прохоров (1990), що в античні часи на окремих ділянках території енергоспоживання досягало 2,1x10¹⁰ кДж/км² на рік. Такими територіями, без сумніву, були міста (Вавилон, Рим, Афіни).

Упродовж періоду феодалізму, який охоплює приблизно 1800 років, кількість населення збільшилася з 230 до 920 млн. У середині середньовіччя все людство споживало енергії б.Зх10¹⁵ кДж/рік, а в кінці – 1,7х10¹⁶ кДж/рік. Цей період пов’язаний з інтенсивним ростом міст, які вирізнялися високою щільністю населення. Наприклад, в кварталах Ал­жиру вона досягала 200 тис. чол. на 1км². У середньовічному місті спожи­вання енергії приймають 4х10¹² кДж/км² на рік.

Промислова революція збільшила енергоспоживання до 2,9-3х10¹⁶ кДж/рік. Наприклад, в Англії в середині XIX ст. споживання енергії на душу населення становило 3,2x10⁵ кДж/добу.

На початку XX ст. населення Землі досягло 1,5 млрд. У цей період лиш за рахунок спалювання мінерального палива людство одержало дещо менше енергії – Зх10¹⁶ кДж/рік (котельні, двигуни внутрішнього згоряння, електростанції). Крім того, із продуктами харчування і затратами на їх приготування людство використало додатково ще 3x10¹⁶ кДж/рік енергії. Отже, вже на початку століття загальне споживання енергії на­близилося до 2,3х10¹⁶ кДж/рік.

До 1950 р. сумарні енергозатрати планети досягли 1,5х10¹⁷ кДж/рік. В 1980 р. сумарне енергоспоживання (із урахуванням харчування) оціню­ють величиною 3,9х10¹⁷, в 2000 р. воно, згідно з прогнозами, буде стано­вити 4,1х10¹⁷, а в 2020 р. – 5,3х10¹⁷ кДж/рік. Як бачимо, спостерігається деяке сповільнення темпів споживання енергії, що є наслідком зміни політики в бік енергозбереження.

На порозі нового тисячоліття використання енергії всього на 4 поряд­ки нижче від того, яке Земля щороку одержує від Сонця (5,4x10²¹ кДж/ рік). Проміжний показник різний для регіонів планети (табл.1.4).

Та6лиця 1.4

Щільність споживання енергії порівняно із рівнем споживання сонячної радіації чи енергії для найкрупніших промислових районів світу (1965–1968 рр).

Регіон	Площа, км2	Споживання енергії, 1012 кДж/км2 на рік	Радіаційний баланс 1012 кДж/км2 на рік
Нью-Йорк (Манхеттен)	59	200	30
Москва	878	40	13
Цинциннаті	200	8,2	31
Західний Берлін	234	6,7	18
Лос-Анджелес	3500	6,6	34
Фербенк (Аляска)	37	5,8	5,6
Гамбург	747	4,0	17
Індустріальний район Північної Рейн-Вестфалії	10296	3,2	16

Як бачимо, в окремих регіонах виробництво і споживання енергії в процесі господарської діяльності перевищує в декілька разів сонячну енергію. Підраховано, що лише один мегаполіс Босваша, який простяг­нувся від Бостона до Вашингтона на 800 км в довжину і на 100–150 км в ширину (займає 1,5 % території США), споживає від 1,7х10¹⁶ до 2Дх10¹⁶ кДж/рік, або 1,5x10¹¹–1,9x10¹¹ кДж/км² на рік.

Таблиця 1.5