Андрианов Ядерные технологии история, состояние, перспективы 2012

общие тенденции. Несколько больший среднегодовой прирост выбросов углекислого газа в развивающихся регионах по сравнению с темпами роста потребления энергии обусловлен тем, что наращивание энергоснабжения имеет место за счет наиболее «грязных» видов органического топлива – угля и биомассы.

Продолжающееся неограниченное производство парниковых газов (СО2, СН4 и др.) обуславливает неизбежность экологической катастрофы для Земли в будущем – парниковый эффект. Стремление мирового сообщества предотвратить неизбежность глобальной климатической катастрофы нашло свое выражение в Киотском протоколе.

К парниковым газам относятся диоксид углерода (55 % парниковых газов, связанных с деятельностью человека), хлорфторуглероды (24 %), метан (15 %) и оксид азота (6 %). Хотя «антропогенные» выбросы этих газов в 25 раз меньше, чем естественные, они оказывают значительное влияние на изменение климата. Обусловленные человеческой деятельностью выбросы диоксида углерода примерно на 85 % порождаются сжиганием ископаемого сырья. Бόльшую часть этих выбросов дает нефть (около 40 %), остальное – уголь (около 39 %) и природный газ (около20 %).

Наблюдаемый в последние десятилетия беспрецедентный скачок концентрации парниковых газов в атмосфере Земли заставляет ожидать в XXI в. повышения средней глобальной температуры на 1– 6 °C, что при развитии ситуации по худшему сценарию означает повышение температуры в отдельных районах на 10–15 °C (на протяжении всего XX в. изменение средней температуры составило 0,7 °C). Даже если принять оптимистический прогноз, то за следующие 30 лет средняя глобальная температура повысится на 2 °С. Это означает, что только вследствие интенсификации гидрометеорологических явлений (ураганов, наводнений и т. п.) экономические потери могут составить существенную величину. Гораздо труднее качественно и количественно оценить все негативные последствия климатических изменений биологического и социальноэкономического характера, которые могут принести еще больший экономическийущерб.

Полный вклад использования различных источников энергии в эмиссию СО2 (парниковый эффект) проиллюстрирован на рис. 1.4, где учтен весь цикл производства энергии (от добычи, транспорта,

11

переработки, эксплуатации соответствующих установок, снятия их с эксплуатации и до захоронения отходов).

Суммарный негативный вклад всех возможных способов производства энергии в экологию окружающей среды представлен на рисунке. Как видно из приведенных данных, общепринятое мнение об абсолютной «экологической чистоте» возобновляемых источников энергии при учете всего цикла производства энергии оказывается неверным. В силу низкой плотности энергии в солнечных, ветряных и других возобновляемых источниках существенно (на порядки) возрастают площади необходимых теплопередающих (или поглощающих) поверхностей. Это обусловливает существенный рост добычи и перевозки конструкционных и других материалов, необходимых для создания энергетических установок такого типа. В результате использование даже возобновляемых источников энергии связано с существенным увеличением загрязнений окружающей среды в сравнении с ядерными источниками энергии

(рис. 1.5).

1.1.3. Перспективы развития энергетики

Экономические и экологические проблемы должны решаться путем осуществления комплексных мер на всех уровнях – от отдельных хозяйствующих субъектов до мирового сообщества в целом. К таким мерам относятся: повышение энергоэффективности, позволяющей сберегать энергоресурсы и сокращать выбросы парниковых газов; развитие технологий, основанных на возобновляемых источниках энергии; развитие и широкомасштабное применение технологий улавливания и захоронения диоксида углерода; увеличение доли атомной энергетики в структуре мировой энергетики. Исключение любой из этих мер из списка затруднило бы решение указанных проблем в целом.

Однако если повышение энергоэффективности как необходимая мера не встречает принципиальных возражений, то все, что связано с трансформацией структуры мировой энергетики, вызывает острые дискуссии относительно экономической оправданности и безопасности.

Ограниченность и, как следствие, прогнозируемое сокращение добычи нефти, а затем и газа, в настоящее время превращаются в

12

острейшую политическую проблему для большинства промышленно развитых стран, внося неопределенность и элемент недостоверности в энергетические прогнозы. В результате рассматривается множество самых разнообразных сценариев и прогнозов будущего энергетического развития. Однако объективно существует ряд положений, незыблемых для любого серьезного прогноза в этой области:

•рост населения и глобального энергопотребления в мире;

•ужесточающаяся конкуренция за ограниченные и неравномерно размещенные ресурсы органического топлива;

•нарастающая зависимость от нестабильной ситуации в районах стран-экспортеров нефти;

•усиливающиеся экологические ограничения;

•вызывающее различие в уровне энергопотребления богатейших и беднейших стран.

Во всех современных сценариях, рассматривающих будущее энергетики, основу составляет оптимальное сочетание различных источников энергии:

•невозобновляемых (органическое и ядерное топливо);

•возобновляемых (энергия воды, солнца и ветра наряду с приливной, волновой и тепловой энергией океанов, геотермальной энергией и энергией биомасс).

Рост населения и стремление к экономическому росту (а соответственно, к увеличению продолжительности и комфортности жизни, прежде всего, в развивающихся странах) обуславливает необходимость роста производства энергии, особенно электроэнергии, как наиболее гибкого, чистого и удобного энергетического продукта.

Технологическое совершенствование энергетики идёт по пути быстрого увеличения разнообразия форм используемой потребителями энергии и повышения её качества. При прогнозируемом Международным энергетическим агентством удвоении мировой энергетики с 2005 по 2050 г. доля электроэнергии в обеспечении конечной энергии увеличится согласно сложившимся тенденциям с 25 до 33 % при уменьшении доли прямого сжигания топлива (печного и моторного в сумме) с 69 до 63 % и тепла (пар, горячая вода) с 6 до

4 %.

13

От этой традиционной траектории США, Евросоюз и Япония предполагают перейти к сценарию водородной энергетики в соответствии с «водородной инициативой Буша». Даже по оптимистическим оценкам водород обеспечит не более 10% конечного потребления, что потребует создания инфраструктуры по производству, транспортировке, хранению и распределению (до автозаправок) до 3 трлн. кубометров этого сверхлетучего, очень текучего и взрывоопасного газа.

Водородный сценарий почти не изменит доли электроэнергии в конечном энергопотреблении, а долю топлива (в основном жидкого) уменьшит до 55 %, а тепла – до 3 %. Но даже при широком замещении нынешнего электролиза воды термохимическими технологиями получения водорода его использование потребует большого расхода электроэнергии. Между тем водород будет замещать нефтетопливо в топливных элементах с получением опять же электроэнергии: автомобиль на водороде – это, по сути, электромобиль.

Альтернативой служит сценарий электрического мира, в котором более половины конечного потребления обеспечит электроэнергия. При использовании качественно новых аккумуляторов она уменьшит прямое сжигание топлива до 47 %, прежде всего, в транспорте и в распределённой энергетике, а при освоении сверхпроводимости облегчит, кроме того, использование возобновляемой энергии, особенно солнечной и приливной.

1.2. Концепция устойчивого энергетического развития. Показатели устойчивого развития.

Программа ООН «Повестка дня на XXI век»

иеётребования

1.2.1.Концепция устойчивого энергетического развития

«Устойчивое развитие» (англ. sustainable development) наилучшим образом было определено Комиссией Брундтланд как «развитие, удовлетворяющее потребности нынешнего поколения без ущерба для возможности будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности» [5, 6]. Достаточное и доступное энерго-

14

обеспечение было ключевым для экономического развития и перехода от экономики, основанной на натуральном сельском хозяйстве, к современным индустриальным и сервис-ориентированным обществам.

Энергия имеет центральное значение для улучшения социальноэкономического благополучия и необходима для большинства промышленных и коммерческих благ. Она играет важную роль в снижении уровня бедности, улучшении благосостояния человека и повышения уровня жизни. Но сколь бы существенной ни была ее роль в развитии общества, энергия является всего лишь средством для достижения цели. Цель – хорошее здоровье, высокий уровень жизни, устойчивая экономика и чистая окружающая среда. Ни одна из форм энергии – уголь, солнечная, ядерная, ветровая или любая другая – сама по себе не является хорошей или плохой, и каждая из них имеет ценность только в той мере, в какой она может обеспечить достижение этой цели.

Большая часть используемых в настоящее время энергоресурсов, основанных в действительности на ограниченных ресурсах ископаемых видов топлива, считается экологически неустойчивой. Все виды производства энергии или конверсионные технологии связаны с риском или образованием отходов. Во всей цепочке производства энергии – от добычи ресурсов до обеспечения энергоснабжения – на каких-то этапах происходит образование, выброс или удаление загрязняющих веществ, что часто сопровождается сильным воздействием на здоровье и окружающую среду. Даже если технология не предполагает выделения вредных веществ на месте использования, выбросы и образование отходов могут быть связаны с процессом ее производства или другими частями ее жизненного цикла. Сжигание ископаемого топлива является главной причиной загрязнения воздуха в городах, регионального подкисления и риска климатических изменений, вызванных человеческой деятельностью. Использование ядерной энергии создало ряд проблем, таких как хранение или удаление высокоактивных радиоактивных отходов и распространение ядерного оружия. Некоммерческое использование биомассы в некоторых развивающихся странах способствует опустыниванию и потере биоразнообразия.

15

Кроме того, около одной трети населения мира по-прежнему опирается на использование животной тяги и некоммерческих видов топлива. Около 1,7 млрд. человек не имеют доступа к электричеству. Во многих районах мира отсутствуют надёжные и безопасные поставки энергоносителей. Это отсутствие доступа к современным энергетическим услугам серьезно ограничивает социаль- но-экономическое развитие, которое является неотъемлемой частью устойчивого развития. Тем не менее, благодаря улучшению технологии и более глубокому пониманию последствий воздействия энергии и энергетических систем на окружающую среду развивающиеся страны сегодня могут сделать переход от сельскохозяйственной к индустриальной экономике с существенно меньшими затратами и меньшим экологическим ущербом в отличие от развитых стран во время их перехода (рис. 1.6).

Достижение устойчивого экономического развития в глобальном масштабе потребует разумного использования ресурсов, технологий, соответствующих экономических стимулов и стратегического планирования политики на местном и национальном уровнях [7, 8]. Это также потребует регулярного мониторинга воздействия отдельных политик и стратегий, чтобы понять, содействуют ли они устойчивому развитию, или же их необходимо скорректировать

(рис. 1.7).

Важно иметь возможность оценить состояние развития страны и контролировать его прогресс или отсутствие прогресса в направлении устойчивости. Во-первых, разработчики стратегий должны понимать текущую ситуацию в своей стране в отношении энергетической и экономической устойчивости, знать, что должно быть улучшено, и каким образом эти улучшения могут быть достигнуты. Во-вторых, для разработчиков стратегий важно понимать последствия отдельных энергетических, экологических и экономических программ, стратегий и планов, и их воздействие на формирование развития и на возможность сделать такое развитие устойчивым. В- третьих, неизбежно возникнет необходимость искать компромиссы. Одним словом, существует непосредственная необходимость в принятии взвешенных и сбалансированных вариантов в отношении политики, инвестиций и корректирующих мер.

16

1.2.2.Показатели устойчивого развития

Смомента опубликования отчёта Гру Харлем Брундтланд2 в 1987 г. (рис.1.8) различные международные и национальные организации разрабатывают наборы показателей для определения и оценки одного или нескольких аспектов устойчивого развития. Эти усилия получили мощный импульс после принятия «Повестки дня на XXI век» на Саммите Земли в Рио-де-Жанейро в 1992 г., в которой (гл. 40) содержится обращение к странам и международным правительственным и неправительственным организациям с просьбой разработать концепцию показателей устойчивого развития и согласовать их на национальном, региональном и глобальном уровнях.

Энергия имеет важнейшее значение для экономического и социального развития и повышения качества жизни. Однако большая часть энергии в мире производится и используется такими способами, которые в долгосрочной перспективе могут оказаться неустойчивыми. Для того чтобы оценить прогресс в направлении к устойчивому с энергетической точки зрения будущему, потребуются энергетические показатели, позволяющие измерять и контролировать важные изменения.

При выборе энергоносителей и связанных с ними технологий для производства, доставки и использования энергетических услуг, важно учитывать экономические, социальные и экологические последствия. Разработчикам стратегий нужны методы измерения и оценки нынешнего и будущего влияния использования энергии на здоровье человека, общество, воздух, почву и воду. Они должны определить, является ли нынешнее потребление энергии устойчивым и, если нет, то, как изменить его так, чтобы оно стало таким. Для этого и предназначены энергетические показатели, которые направлены на важные вопросы в рамках трёх основных аспектов устойчивого развития: экономического, социального и экологиче-

ского (рис. 1.9) [9].

2 Гру Харлем Брундтланд – норвежский общественный и политический деятель. С 1 мая 2007 г. является специальным посланником Генерального секретаря ООН по проблеме изменения климата.

17

Показатели представляют собой не просто данные; они выходят за рамки базовых статистических сведений и обеспечивают более глубокое понимание основных вопросов, а также выделяют важные соотношения, которые не очевидны при использовании базовых статистических данных. Они являются важнейшими инструментами для взаимодействия по энергетическим вопросам, касающимся устойчивого развития, для разработчиков стратегий и общественности, а также для содействия институциональному диалогу. Каждый набор показателей выражает аспекты или последствия производства и использования энергии. Взятые вместе, эти показатели дают чёткое представление о всей системе, в том числе о взаимосвязях и компромиссах между различными аспектами устойчивого развития, а также долгосрочных последствиях текущих решений и поведения. Изменения значений показателей со временем обозначают прогресс или его отсутствие в направлении устойчивого развития.

Одна и та же абсолютная величина определённого энергетического показателя может иметь различный смысл для разных государств в зависимости от уровня развития конкретной страны, характера ее экономики и географии, наличия местных энергетических ресурсов и т.д., поэтому необходимо с осторожностью использовать абсолютные показатели при проведении межстрановых сравнений. Тем не менее, изменения со временем в значении каждого показателя помогут измерить прогресс каждой страны. Вместо того чтобы полагаться на результаты абстрактного анализа, разработчики стратегий будут иметь простой набор цифр, на основании которых они будут принимать решения и контролировать результаты реализации своих стратегий.

Показатели применяются для контроля прогресса в достижении конкретных целей страны. Например, для достижения годового лимита выбросов в секторе энергетики целесообразно установить значения соответствующих показателей, необходимых для достижения этой цели. Зная сектор энергетики, разработчики стратегий могут определить те показатели, которые они должны контролировать в наибольшей степени. Таким образом, осуществлять контроль над прогрессом становится намного легче, а реализация общей

18

стратегии с использованием этих показателей часто заметно упрощается.

Несмотря не определённый прогресс, всеобъемлющего набора показателей устойчивого энергетического развития пока не существует (рис. 1.10). В 1999 г. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) собрало представителей семи международных организаций и восьми стран для рассмотрения существующих соответствующих показателей и разработки предварительного набора показателей устойчивого энергетического развития. Эти показатели были неофициально опробованы на местах в 15 странах (включая Аргентину, Индонезию, Китай, Кубу, Мексику, Пакистан, Турцию, страны Восточной и Западной Европы, Российскую Федерацию и США) для оценки наличия и качества данных. Затем был определён окончательный набор из 41 показателя, учитывающего как результаты испытаний, так и критерии, используемые в осуществляемой в настоящее время Программе работы Организации Объединённых Наций по показателям устойчивого развития. На девятой сессии Комиссии по устойчивому развитию в апреле 2001 г. был представлен промежуточный отчёт, в котором характеризуется данная стадия осуществления проекта.

Представленные ниже показатели составляют базовый набор показателей устойчивого энергетического развития (ПУЭР) с соответствующими методологиями и руководящими принципами, применяемыми разработчиками стратегий, аналитиками в области энергетики и статистиками. Некоторые показатели направлены на предоставление наиболее важных услуг, связанных с поставками энергоресурсов, повышением уровня жизни; другие же показатели ориентированы на воздействие на окружающую среду. При выборе стратегий важно учитывать не только экономические, но и социальные аспекты и проблемы окружающей среды. Роль аналитика заключается в том, чтобы выбрать, взвесить и предоставить разработчикам стратегий соответствующие показатели для ситуации в их собственной стране с тем, чтобы содействовать устойчивому развитию. Каждый из приведённых ПУЭР в действительности представляет собой набор из нескольких критериев, поскольку анализ многих из затрагиваемых проблем лучшим образом выполняется при применении группы взаимосвязанных показателей.

19

Перечень ПУЭР

1.Население: общая численность, население городов.

2.ВВП на душу населения.

3.Цены конечного использования энергии с налогами/суб-сидиями и без них.

4.Доля секторов в добавленной стоимости ВВП.

5.Дальность поездок на душу населения: всего, на городском общественном транспорте.

6.Грузовые перевозки: всего, по видам транспорта.

7.Площадь застройки на душу населения.

8.Добавленная стоимость в обрабатывающей промышленности в разбивке по отдельным энергоёмким отраслям.

9.Энергоёмкость: обрабатывающая промышленность, транспорт, сельское хозяйство, коммерческие и государственные услуги, жилищный сектор.

10.Конечный показатель энергоёмкости отдельных энергоёмких про-

дуктов.

11.Структура энергобаланса: конечное потребление энергии, производство электроэнергии, поставки первичной энергии.

12.Эффективность энергоснабжения: эффективность использования ископаемых видов топлива в производстве электроэнергии.

13.Внедрение технологий борьбы с загрязнением: масштабы использования, общая результативность.

14.Расход энергии на единицу ВВП.

15.Расходы на энергетику: совокупные инвестиции, охрана окружающей среды, разведка и освоение месторождений углеводородов, НИОКР и демонстрационная деятельность (ДД), чистые расходы на импорт энергии.

16.Потребление энергии на душу населения.

17.Местное производство энергии.

18.Зависимость от чистого объёма импорта.

19.Неравенство доходов.

20.Соотношение суточного располагаемого дохода/душевого личного потребления 20 % беднейших домохозяйств и цен на электроэнергию и основные виды используемого домохозяйствами топлива.

21.Доля располагаемого дохода/объёма душевого личного потребления, приходящегося на топливо и электроэнергию: в среднем в расчёте на душу населения; у группы, определяемой как 20 % беднейшего населения.

22.Доля домохозяйств: сильно зависящих от некоммерческих источников энергии; не имеющих доступа к электричеству.

23.Объёмы выбросов атмосферных загрязнителей (SO2, NOx, части-

цы, CO, ЛОС).

24.Концентрация загрязняющих веществ в окружающем воздухе в городских районах: SO2, NOx, частицы, CO, озон.

25.Площадь земель, на которых подкисление превышает критическую нагрузку.

20