Energy Supply, World

Мировое энергоснабжение.

Вступление.

Мировое энергоснабжение – это совокупность ресурсов, используя которые, население Земли пытается удовлетворить свои энергетические потребности. Именно энергия является основой современной индустриальной цивилизации: без энергии современная жизнь перестала бы существовать. Начиная с 70-х годов XX века мир ступил на трудный путь адаптации к уязвимости энергоснабжения. В конечном счете, сохранение энергетических ресурсов может обеспечить время, необходимое для освоения новых источников энергии – водородных топливных элементов, или для дальнейшего развития альтернативных источников энергии, таких, как солнечная энергия и энергия ветра. Несмотря на ведущиеся разработки, мир остается уязвимым к перебоям в поставках нефти, ставшей после Второй мировой войны основным источником энергии.

1. Предпосылки к сложившейся ситуации.

На протяжении большей части истории человечества первым и основным источником энергии было дерево. Оно было доступно, так как леса росли во многих частях мира, а количество древесины, необходимое для отопления и приготовления пищи, было достаточно скромным. Также  в древние времена в некоторых местах использовались и другие источники энергии: асфальт, уголь, торф из поверхностных отложений и выходящая на поверхность земли нефть.

Ситуация изменилась, когда в Средние века дерево стали использовать для производства древесного угля. Его нагревали с железной рудой для разрушения химических соединений и восстановления железа. Когда в начале Промышленной Революции в середине XVIII века леса были вырублены и поставки древесины сократились, древесный уголь заменили коксом, который получается из каменного угля для производства железа. Каменный уголь, который также стали использовать в паровых двигателях, стал основным источником энергии во время Промышленной Революции.

1.1. Рост потребления нефти.

Несмотря на то, что нефть, известная также как земляное масло, использовалась в небольших объемах в самых разных отраслях – таких как медицина и кораблестроение, настоящая нефтяная эра началась с вводом в эксплуатацию промышленной скважины в Пенсильвании в 1859 году. Нефтедобыча в США быстро расширилась, чему способствовало возникновение нефтеперерабатывающих заводов по получению нефтепродуктов из сырой нефти. Вскоре нефтяные компании начали экспортировать свой основной продукт – керосин, используемый для освещения по всему миру. Изобретение двигателя внутреннего сгорания и автомобиля в конце XIX века открыло еще один крупнейший рынок для другого основного продукта нефтепереработки – бензина. Третий основной продукт нефтяной промышленности - необработанная нефть - заменила после Второй Мировой войны на некоторых энергетических рынках каменный уголь.

В начале нефтяной эры крупными нефтяными компании, преимущественно расположенными в США, были разведаны обширные нефтяные месторождения Северной Америки. В результате нефтяные компании из других стран, особенно из Великобритании, Нидерландов и Франции, начали искать нефть по всему миру, в том числе и на Ближнем Востоке. Первое месторождение Ирана британцы разведали и начали разрабатывать перед Первой Мировой войной 1914-1918 годов. Во время Первой Мировой войны Соединенные Штаты обеспечивали две трети мировых поставок нефти и нефтепродуктов из своих месторождений и еще одну шестую импортировали из Мексики. После войны и перед открытием крупных месторождений Восточного Техаса в 1930 году недра США были истощены войной, в связи с чем Соединенные Штаты на несколько лет стали чистым нефтяным импортером.

В течении трех последовавших десятилетий американские нефтяные компании при помощи скромной государственной поддержки чрезвычайно успешно распространили свою промышленность по всему миру. К 1955 году пять основных компаний  США производили две трети продукции для мирового нефтяного рынка, (не включая Северную Америку и страны Советского блока). Две компании, базировавшиеся в Великобритании, снабжали еще треть мирового рынка, а французы производили только одну пятидесятую. Следующие пятнадцать лет были периодом спокойствия для системы мирового энергоснабжения. Семь главных американских и британских нефтяных компаний снабжали мир все возраставшим количеством дешевой нефти. Мировая цена равнялась приблизительно доллару за баррель. В это время США были практически самодостаточными в энергетическом плане,  ввозя нефть ограниченными квотами.

1.2. Образование ОПЕК.

В результате двух событий бесперебойная поставка дешевой нефти сменилась нестабильными поставками дорогой нефти. В 1960 году правительства крупнейших экспортирующих нефть стран были взволнованы односторонними сокращениями цен на нефть, произведенными семью основными нефтедобывающими компаниями. Эти страны и сформировали организацию стран-экспортеров нефти, или ОПЕК. Цель ОПЕК заключалась в предотвращении дальнейшего снижения цен на нефть ниже установленного этими странами (Венесуэлой и четырьмя странами вокруг Персидского залива) уровня. Они смогли остановить падение цен, но поднять цену на протяжении десяти лет не могли. Тем временем возрастало потребление нефти  во всем мире, особенно в Европе и Японии, где нефть заменила уголь в качестве основного топлива. Это вызвало огромный рост спроса на нефть и нефтепродукты.

1.3. Энергетический кризис.

1973 год положил конец периоду стабильных поставок дешевой нефти. В октябре в результате арабо-израильской войны арабские страны-экспортеры нефти сокращают нефтедобычу и накладывают эмбарго на водный транспорт нефти в США и Нидерланды. Несмотря на то, что сокращение нефтедобычи арабскими странами составило менее 7% мировой поставки, оно вызвало панику у нефтяных компаний, потребителей, трейдеров и даже у некоторых правительств. Когда некоторые страны-производители нефти начали продавать свою нефть с аукциона, это вызвало бешеный спрос. Этот спрос позволил странам ОПЕК, которых теперь было тринадцать, поднять цены на всю их сырую нефть на уровень, в восемь раз превышающий существовавший несколькими годами раньше. Мировой нефтяной комплекс постепенно успокаивался, чему способствовал международный спад, вызванный в том числе и ростом цен на нефть. Этот спад сократил спрос на нефть.               Тем временем правительства большинства стран ОПЕК приняли решение  национализировать недра.

В 1978 году в результате иранской революции, свергнувшей власть шаха, начался второй топливный кризис, что привело к резкому снижению добычи и экспорта нефти из Ирана. Поскольку Иран был основным экспортером, потребители снова запаниковали. Повтор событий 1973 года, сопровождавшихся диким скачком спроса, снова привел к повышению цен, продолжавшемуся весь 1979 год. Неожиданное начало Ирано-Иракской войны 1980 года вызвало дальнейший рост цен. К концу 1980 года один баррель сырой нефти стоил в 19 раз дороже, чем десятью годами раньше.

Очень высокие цены на нефть снова вызвали международный спад и дали большой толчок развитию энергосбережения. Поскольку спрос на нефть уменьшился, а поставки возросли, мировой нефтяной рынок упал. Существенное увеличение разработанных месторождений в не входящих в ОПЕК странах, таких как  Мексика, Бразилия, Египет, Китай, Индия, а так же на шельфах Северного моря, что привело к дополнительному снижению цен. В 1989 году добыча нефти в СССР достигла 11,42 миллионов баррелей в день, что составляло 19,2 % мирового производства на тот период.

Несмотря на низкие мировые цены на нефть, установившиеся с 1986 года, озабоченность возможными перебоями в поставках оставалась одним из основных направлений развития энергетической политики в промышленно развитых странах. Краткосрочные повышения цен после вторжения Ирака в Кувейт в 1990 году укрепили это беспокойство. Благодаря огромным запасам, Ближний Восток будет оставаться основным источником нефти в обозримом будущем. Однако новые открытия в районе Каспия позволяют предположить, что такие страны, как Казахстан могут стать основными источниками нефти в XXI веке.

1.4. Текущее положение дел.

В 90х годах XX века нефтедобыча не входящими в ОПЕК странами сохранилось на высоком уровне, в то время как производство энергоносителей в странах ОПЕК сократилось. В итоге в конце XX века сформировался нефтяной излишек и приведенные в соответствие с инфляцией цены были ниже, чем в 1972 году.

Эксперты не уверены в будущих нефтяных ресурсах и ценах на них. Низкие цены вызвали рост потребления нефти, и теперь остро стоит вопрос о том, насколько долго мировые нефтяные запасы смогут удовлетворять возрастающие потребности. Ведущие мировые геологи склоняются к мнению, что максимальная добыча нефти составит около 80 млн баррелей в день к середине 10х годов XXI века. (В 1998 году мировое потребление составляло приблизительно 70 миллионов баррелей в день). С другой стороны, многие экономисты полагают, что даже небольшое повышение цен могло бы привести к росту добычи, так как в этом случае у нефтедобывающих компаний появится стимул эксплуатировать более труднодоступные залежи.

Природный газ все чаще используется вместо нефтепродуктов в таких отраслях, как энергетика и транспорт. Одной из причин такого явления служит тот факт, что разведанные мировые запасы природного газа выросли с 1976 года более чем в два раза, в частности, благодаря открытию крупных месторождений в России и на Ближнем Востоке. Строятся все новые и новые объекты и трубопроводы для доставки этого газа потребителям.

2. Нефть и природный газ.

Нефть и природный газ в коммерческих количествах обнаружены более чем в 50 странах мира. Самые большие разведанные запасы находятся на Ближнем Востоке и содержат больше половины известных открытых запасов нефти и почти треть запасов природного газа. The United States contains only about 2 percent of the known oil reserves and 3 percent of the known natural-gas reserves.

2.1. Бурение.

Геологами и другими учеными разработаны методы, позволяющие определить возможность подземного залегания нефти и газа. Эти методы включают проведение аэрофотосъемки специальных поверхностных особенностей, ультразвуковые и другие волновые методы разведки, а также измерение силы тяжести и магнитного поля чувствительными приборами. Однако единственным методом, позволяющим точно определить наличие нефти или газа в недрах, является метод бурения. В некоторых случаях нефтедобывающие компании тратят миллионы долларов для бурения скважин в перспективных областях и получают «сухие» скважины. В течение долгого времени скважины бурили на суше, но после Второй Мировой войны началась добыча нефти на мелководье с платформ, опиравшихся сваями на морское дно. Позднее появились плавающие платформы, с которых можно бурить скважины на глубине 1000 м и более. Обширные месторождения нефти и газа были признаны оффшорными: в США, преимущественно от побережья Мексиканского залива, в Европе, в первую очередь, в Северном море, в России - в Баренцевом, Карском морях, у Ньюфаундленда, а также у побережья Бразилии. Большинство крупных находок в будущем ожидается именно в море.   

2.2. Добыча.

По мере того как сырая нефть или природный газ извлекается из недр, давление в нефтегазоносном пласте постепенно уменьшается. В конечном счете давление падает до такой степени, что газ или нефть перестают поступать через пористую породу к скважине. При достижении этой точки из месторождения будет извлечена большая часть газа, однако нефти останется более, чем  две трети от общего объема. Часть оставшейся нефти может быть добыта методом вытеснения ее водой или углекислым газом, однако от четверти до половины всей нефти обычно остается в пласте. Для того, чтобы добыть эти остатки нефтяные компании начали использовать химикаты, чтобы направить нефть к скважине, а также подавать под землю огонь или пар для снижения вязкости потока нефти. Современные технологии, позволяющие бурить как горизонтальные, так и вертикальные скважины на большую глубину, резко снизили стоимость обнаружения залежей природного газа и месторождений нефть.

Сырая нефть транспортируется на НПЗ по трубопроводам, а также баржами и огромными океанскими танкерами. На нефтеперерабатывающих заводах в ряде цехов производятся технологические процессы по разделению сырой нефти на компоненты методами нагрева и химических преобразований. В дальнейшем компоненты смешиваются для получения конечных продуктов – бензина, керосина, дизельного топлива, ракетного топлива, мазута для котельных, автомасел, смазок, асфальта, а также сырья для нефтехимической промышленности.

Природный газ транспортируется преимущественно по трубопроводами до потребителей, использующих его для отопления, или, реже, в качестве сырья для нефтехимии. При очень низких температурах природный газ сжижается и может перевозиться на специальных судах. Этот метод считается гораздо более дорогостоящим, чем перевозка сырой нефти танкером. Нефть и природный газ конкурируют на многих рынках в качестве топлива для домов, офисов, фабрик и промышленного производства.

2.3. Проблема загрязнения.

С первых дней нефтедобывающая промышленность производит значительные загрязнения окружающей среды. Тем не менее, благодаря совершенствованию технологий и ужесточению требований руководящих документов, со временем этот процесс стал куда более чистым.  Вредные выбросы от НПЗ сильно сократились, а прорывы на скважинах, хотя и случаются, благодаря развитию производства стали достаточно редкими. Куда более сложную проблему представляет собой защита океана. Океанские суда остаются основным источником разливов нефти. В 1990 году Конгресс США принял закон, требующий оснащения всех танкеров двойными корпусами к концу десятилетия.

Другим источником загрязнения, связанного с нефтедобывающей промышленностью, являются примеси серы в сырой нефти. Законы и стандарты национальных правительств ограничивают выбросы диоксида серы,  превышение которых заводами и муниципальными учреждениями облагается налогом. В связи с тем, что очистка нефти от серы – дорогостоящий процесс, допускаются выбросы небольшого количества SO2  в воздух.

Многие ученые полагают, что еще одной потенциальной проблемой защиты окружающей среды является попадание в атмосферу газов при переработке нефти, а также при сгорании больших объемов ископаемого топлива – той же нефти, каменного угля и природного газа. При этом углекислый газ, являющийся продуктом горения топлива, метан и другие сопутствующие газы скапливаются в атмосфере, образуя парниковый слой. Они создают ловушку для солнечной энергии, проникающей через атмосферу. Эта энергия попадает к нам в виде тепла и света и поддерживает на Земле температуру, пригодную для жизни. Некоторое количество парниковых газов образуются в атмосфере естественным путем. Однако огромные количества нефти, газа и угля, сожженные за последние двести лет в период индустриализации, повысили уровень содержания углекислого газа в атмосфере примерно на 28%. Вкупе с продолжающимся сокращением лесов, поглощающих углекислый газ, это явление заставило ученых предсказать глобальное потепление климата. Это потепление может разрушить климатические карты, нарушить океанские потоки, вызвать сильные шторма и создать другие природоохранные проблемы. В 1992 году более 150 стран собрались в бразильском городе Рио-де-Жанейро и договорились о снижении выбросов парниковых газов в атмосферу. В 1997 году делегации вновь собрались – на этот раз в Японии, в Киото. Во время встречи представителями 160 стран был подписан Киотский протокол,  требующий от 38 промышленно развитых стран снизить выбросы парниковых газов на 5% ниже уровня 1990 года. Для достижения этого уровня промышленно развитые страны должны были перевести свою энергетику на источники энергии, не вызывающие значительных выбросов углекислого газа – такие, как природный газ и альтернативные источники: гидроэлектрическая, солнечная, ядерная энергия и энергия ветра. Некоторые промышленно развитые страны ратифицировали Киотский протокол, другие же, в том числе и США, отказались от него.

2.4. Запасы.

Самыми распространенными формами нефти, найденной в мире, являются битумный сланец высоковязкая нефть и битуминозные пески. Этих запасов намного больше, чем разведанного количества сырой нефти на планете. Из-за высокой стоимости переработки битумного сланца и битуминозных песков в пригодные для потребления нефтепродукты, только небольшое их количество используется в промышленности. В Канаде организовано производство нефтепродуктов из битуминозных песков, кроме того, Венесуэла планирует освоение обширных запасов в бассейне реки Ориноко. Однако выход нефтепродуктов из этого сырья значительно ниже, чем от переработки сырой нефти. До значительного повышения мировых цен на нефть количество нефтепродуктов, полученных из битумных сланцев и битуминозных песков, останется относительно небольшим.

3. Уголь.

Уголь – это общее определение ряда разнообразных твердых материалов с высоким содержанием углерода. Большая часть угля используется производителями электроэнергии. Они сжигают уголь для получения пара, вращающего их генераторы. Некоторое количество угля используют на заводах и фабриках для поддержания заданной температуры в зданиях и технологических процессах. Из специального высококачественного угля получают кокс, применяемый в металлургии для выплавки стали.

3.1. Запасы.

Мировые запасы угля огромны. Количество угля (в пересчете на теплоотдачу), технически и экономически пригодного для использования, в пять раз превышает мировые запасы сырой нефти. Всего четыре области в мире содержат три четверти извлекаемых мировых запасов: 24% в США, столько же в странах бывшего СССР, 11% в Китае и 10% в Западной Европе. 

3.2. Современное состояние.

В начале ХХ века в промышленно развитых странах уголь, применявшийся ранее для обогрева домов и в качестве топлива для локомотивов, был вытеснен с рынка нефтью и газом из-за их удобства и дешевизны. Промышленный рынок угля также в значительной степени достался нефти и газу. Только расширение топливного рынка в США позволило добыче угля оставаться на одном уровне в период с 1948 по 1973 год. Даже на топливном рынке доля угля в общей картине резко снизилась, в США, например, с половины до пятой части. Однако резкие скачки цен на нефть после 1973 года вернули углю прежнюю привлекательность – в основном из-за его цены. Это позволило ему отвоевать некоторые рынки – например, снабжение крупных промышленных предприятий и муниципальных учреждений. В отличие от промышленно развитых стран, развивающиеся страны, имеющие большие угольные запасы (например, Китай и Индия) продолжают использовать уголь как в промышленных целях, так и для отопления.

Средняя стоимость угля остается неизменной с 1980х годов и, согласно прогнозам, немного снизится в обозримом будущем. Однако в развитых странах необходимость соблюдения строгих экологических стандартов сделала делает уголь более дорогостоящим.

3.3. Проблема загрязнения.

Несмотря на относительную дешевизну угля и его огромные запасы, ожидаемого роста его использования с 1973 года не произошло.  Это связано с тем, что уголь порождает еще большие экологические проблемы, чем нефть. Шахтная промышленность вызывает профессиональные заболевания у шахтеров, уровень земли над шахтами понижается, кислоты через забои попадают в грунтовые воды. Добыча угля открытым способом требует проведения рекультивации. В противном случае грунт остается поврежденным и неплодородным. Кроме того, горение угля сопровождается выделением диоксида серы, оксида азота и других примесей. Кислотные дожди и другие осадки с высокой кислотностью, повреждающие озера и леса во многих регионах, вызваны, в том числе, и этими выбросами. Закон Соединенных Штатов о чистом воздухе, принятый в 1970 году и пересмотренный в 1990 формирует правовую основу контроля загрязнения воздуха. Этот правовой акт значительно сократил выбросы диоксиды серы, известной также как кислотный газ. Этот закон, например, требует, чтобы такие предприятия, как угольные электростанции, использовали топливо с низким содержанием серы. Возможность глобального потепления в 90х годах ХХ века заставила правительства многих стран задуматься об уменьшении выбросов углекислого газа, образующегося при сгорании угля, нефти и газа. Решение этих проблем стоит денег, и вопрос о том, кто должен платить, вызвал разногласия. В результате потребление угля растет медленнее, чем могло бы. Однако крупные запасы, улучшенные экологичные технологии, уменьшающие количество вредных выбросов, и развитие угольной газификации позволяют предположить, что потребление угля будет расти.

4. Синтетическое топливо.

Синтетическое топливо не встречается в природе, но производится из натуральных материалов. Бензоспирт, например, представляет собой смесь бензина и алкоголя, сделанного из сахара, производимого живыми растениями. Хотя создание различных типов топлива из угля возможно, крупномасштабное производство топлива из угля, вероятно, будет ограничено высокой стоимостью и проблемами загрязнения, некоторые из которых еще не известны.  Ожидается, что выработка больших объемов спиртового топлива будет ограничена областями, подобными Бразилии, где сочетание дешевой рабочей силы, обширных угодий и долгого сельскохозяйственного сезона делает ее экономически оправданной. Таким образом, синтетическое топливо вряд ли сделает существенный вклад в мировое энергоснабжение в ближайшем времени.

5. Ядерная энергия.

Ядерная энергия выделяется при расщеплении ядра урана или более тяжелых элементов. Процесс расщепления высвобождает большое количество тепла, которое используется для нагревания воды и образования пара, вращающего турбину генератора. Эксплуатация ядерного реактора и сопутствующего электрического оборудования – только один вид деятельности из целого комплекса технологических процессов. Организация стабильного электроснабжения энергией расщепления требует развитой горнодобывающей промышленности, измельчения, транспортировки, обогащения урана (повышения концентрации изотопа U-235) и придания ему необходимой формы, сооружения и эксплуатации ядерного реактора и связанного с ним оборудования, а также обработки и утилизации отработанного топлива. Эти действия требуют чрезвычайно сложных и оптимально согласованных между собой производственных процессов и большого количества высококвалифицированных специализированных кадров.

5.1. Развитие отрасли.

Первоначально лидерство в ядерной энергетике принадлежало Великобритании. К середине 50х годов ХХ века несколько ядерных реакторов в Англии уже производили электроэнергию. Первый ядерный реактор, подавший электроэнергию потребителям США, был запушен в штате Пенсильвания, в городе Шиппинпорт. Шестью годами позже был размещен первый заказ на коммерческую атомную электростанцию, построенную без прямых субсидий из госбюджета. Этот проект положил начало попытке преобразовать систему мирового энергоснабжения, основанную на ископаемом топливе в систему, основанную на ядерной энергии. К 1970 году в пятнадцати странах работали 90 ядерных электростанций, а к 1980 – 253 реактора в 22 странах. Однако попытка быстрого перехода от ископаемого топлива к ядерной энергетике провалилась из-за быстро растущих затрат, нормативных издержек, снижения спроса на электроэнергию, а также из-за усиления беспокойства о безопасности.

5.2. Проблемы безопасности

Вопросы безопасности и экономичности ядерной энергии вызвали самые горячие обсуждения. Подогреваемые успехами конца 70х годов ХХ века, сторонники ядерной энергетики утверждали, что нет никакой реальной альтернативы расширению сети ядерных электростанций. Они признавали, что существуют определенные проблемы, но были уверены, что эти проблемы будут решены. Их противники озвучивали оставшиеся без ответов вопросы: Каковы последствия низкого уровня излучения в течение длительного времени? Какова вероятность крупной аварии на АЭС? Какими были бы последствия такой аварии? Как обеспечить герметичность отходов ядерной энергетики, столетиями остающихся опасными? Эти вопросы безопасности помогли внести изменения в технические требования и задержать строительство атомных станций, повысив затраты на их сооружение. Они также помогли озвучить еще одно противоречие: электричество от АЭС дешевле, дороже или равно по стоимости электричеству от  электростанций, работающих на угле? Несмотря на быстро растущие цены на нефть и газ в конце 70х и начале 80х годов ХХ века, эти политические и экономические проблемы вызвали в США мораторий на  строительство новых АЭС. Этот мораторий вступил в силу еще до 1979 года, когда в ядерной электростанции на острове Три-Майл в Пенсильвании произошло плавление урановых стержней и задолго до частичного обрушения Чернобыльской АЭС к северу от Киева. Чернобыльская авария привела к человеческим жертвам от лучевой болезни, а радиоактивное облако облетело все северное полушарие.

5.3. Текущее состояние.

В 1998 году эксплуатировалось уже 437 атомных электростанций по всему миру, и еще 35 реакторов находились в стадии строительства. Восемнадцать стран получают по крайней мере 20% электричества от ядерной энергетики. Крупнейшие отрасли атомной энергетики расположены в США (107 реакторов), Франции (59), Японии (54), Великобритании (35), России (29) и Германии (29). В Соединенных Штатах новые реакторы не строились уже около тридцати лет. Общественное мнение, высокая стоимость капитальных вложений, строгие требования к сооружениям и технологическим процессам, высокие затраты на размещение отходов делают АЭС намного дороже, чем предприятия, использующие ископаемое топливо.

6. Солнечная энергия.

Солнечная энергия не относится к какой-то конкретной технологии, а, скорее, включает в себя весь спектр технологий использования возобновляемых источников энергии, приводимых в действие солнечным светом. Некоторые методы использования солнечной энергии, такие, как нагревание солнечных батарей, используют непосредственно солнечный свет. Другие способы использования солнечной энергии, такие, как гидроэлектростанции или получение биотоплива, основаны на способности Солнца испарять воду и способствовать росту растений соответственно.  Общая черта использования солнечной энергии заключается в том, что, в отличие от нефти, газа, угля и существующих форм ядерной энергии, солнечная энергия неистощима. Солнечная энергетика может быть разделена на три основные группы: эффект нагревания/охлаждения, производство электроэнергии и получение топлива из биомассы.

6.1. Нагрев и охлаждение.

Для нагревания Солнце использовалось столетиями. Жилье на утесе Меса Верде Столовой горы в Колорадо было построено с таким учетом, чтобы защититься от горячего летнего солнца, но дать проникнуть зимним лучам. Сегодня строения с небольшим количеством или полным отсутствием движущихся частей, использующие Солнце в своих интересах, называются зданиями с пассивным солнечным нагреванием. Начиная с конца 1970х архитекторы все ближе знакомились с такими методами. В будущем все больше зданий будут проектироваться с учетом захвата зимних солнечных лучей и защитой от летних.

Активное солнечное отопление и нагревание воды лучами Солнца – это использование одного и того же метода, отличающиеся главным образом стоимостью и масштабами. Типичная активная солнечная отопительная система состоит из блоков труб, установленных на крыше. Вода (или другая жидкость), текущая через трубы, нагревается лучами Солнца и используется для отопления здания. Хотя число активных солнечных отопителей быстро растет с 1970 года, отрасль сталкивается с такими проблемами, как установка и обслуживание систем, в том числе банальные утечки воды и воздушные пробки. Солнечное охлаждение требует более высокотехнологичных установок, в которых жидкость охлаждается, в то же время будучи нагретой по отношению к промежуточной температуре – так, как работает холодильный цикл. В настоящее время сделано всего несколько таких установок.

6.2. Производство электроэнергии.

Электричество может быть произведено множеством способов, в основе которых будет лежать солнечная энергия. Ветряные мельницы и водопады (сами по себе старейшие источники механической энергии) можно использовать для вращения турбины генератора. Энергию ветра и падающей воды относят к солнечной из-за того, что солнечные лучи нагревают воздух, вызывая ветер и испаряют воду, пополняя ее в реках и ручьях. Большинство существующих групп ветроуловителей достаточно небольшие и содержат около десяти (или чуть больше) ветряных мельниц, расположенных в виде сетки, разработанной с учетом розы ветров. Большая часть электроэнергии от ГЭС, напротив, получается в гидроэлектрических установках на огромных дамбах. Большинство участков рек, пригодных для сооружения крупных плотин, уже задействовано, особенно в развитых странах. Тем не менее, в 1970х небольшие дамбы, использовавшиеся для получения механической энергии, были модифицированы для получения электрической энергии.

Во многих развивающихся странах по-прежнему разрабатываются крупномасштабные гидроэлектрические проекты. Самый простой способ получения электричества из солнечной энергии – использование комплекса коллекторов, в которых вода нагревается и испаряется, поворачивая турбину. Некоторые из этих проектов уже функционируют.

Другие способы получения электричества от Солнца требуют высокотехнологичных мероприятий и в больших масштабах оказываются коммерчески невыгодными. Солнечные батареи, основанные на использовании фотоэлектрического эффекта (прямого превращение солнечной энергии в электричество), используются в наши дни для питания отдаленных устройств – таких, как орбитальные спутники, автоматические железнодорожные переезды и ирригационные насосы. Более широкое использование солнечных батарей было бы возможно при снижении их себестоимости. Промышленное применение всех остальных методов вопросом еще более далекого будущего. Океанские тепловые преобразования производят электроэнергию на морских платформах. Турбина генератора вращается холодной водой, поднимающейся со дна к более теплой поверхности. Возможность использования космических спутников для передачи энергии к Земле микроволнами также выглядит надуманной.

6.3. Биомасса.

Топливо из биомассы представляет собой несколько основных форм: описанные ранее спиртовые смеси, навоз и древесину. В некоторых развивающихся странах навоз и древесина по-прежнему используются в качестве основного топлива. Более того, рост цен на нефть заставил и промышленно развитые страны задуматься о применении этих материалов. Все больше внимания ученые уделяют т.н. энергетическим культурам – многолетним травам и деревьям, выращиваемым на землях сельскохозяйственного назначения. Однако существует серьезная обеспокоенность, что сильная зависимость от таких энергоносителей вызовет рост цен на продукты и на землю.

6.4. Текущее состояние.

Точное количество солнечной энергии, используемой в настоящее время, не поддается оценке, так как далеко не все источники регистрируются. В начале 80х годов ХХ века две основные отрасли, использующие солнечную энергию – гидроэлектростанции и переработка биомассы – обеспечили в два раза большие поставки электричества, чем атомная энергетика. Однако эти источники сильно ограничены такими факторами, как возможность сооружения дамбы, доступность земли под насаждения и тому подобными, поэтому развитие солнечной энергетики в будущем будет зависеть от широкого спектра технических достижений.

Потенциал солнечной энергетики, за исключением ГЭС, будет недостаточно востребован в ближайшее время, так как эта энергия все еще более дорога, чем получаемая от сгорания ископаемого топлива. Долгосрочная перспектива использования солнечной энергии в значительной мере зависит от цен на ископаемое топливо и ужесточения природоохранных стандартов. Например, ужесточение контроля за выбросами сжигании углеводородов может привести к повышению цен на нефть и уголь, сделав использование солнечной энергии более привлекательной в экономическом плане.

7. Геотермальная энергия.

Геотермальная энергетика – это аспект науки геотермии. Она основана на том факте, что температура в недрах земли выше, чем на поверхности. Если вывести воду и пар, циркулирующие на глубине горячих пластов,  на поверхность, то можно заставить их крутить турбину генератора или пустить по трубам для отопления зданий. Некоторые геотермальные установки используют естественное поступление горячей воды, в то время как другие специально подают воду вниз в горячие пласты. Хотя этот источник энергии теоретически безграничен, в большинстве пригодных для жилья областей он залегает настолько глубоко, что бурение скважин к нему очень дорого.

8. Повышение энергоэффективности.

Кроме освоения альтернативных источников энергии есть и другие возможности обеспечить энергетическую безопасность. К ним, например, можно отнести контроль за расходованием ресурсов. Существует три типа энергосбережения. К первому относится сокращение потребления за счет закрытия производств, не относящихся к жизненно важным, а также сокращение поездок для экономии бензина. Второй тип энергосбережения – перестройка, то есть изменение образа жизни людей и технологических процессов производства товаров и услуг. Под такой перестройкой подразумевается постепенная субурбанизация общества, включающая в себя менее энергоемкие производства и отказ от некоторых вещей – таких, как частные автомобили. Третий тип основывается на более эффективном использовании энергии – например, создание автомобилей с меньшим расходом топлива или повторное использование отработанного тепла на производстве. Этот тип энергосбережения требует меньших преобразований образа жизни, поэтому правительства и общество предпочитают его двум предыдущим.

К 1980 году многие люди поняли, что повышение энергоэффективности в ближней и среднесрочной перспективе может помочь сохранить мировой энергетический баланс и что энергосбережение следует рассматривать как еще один альтернативный источник энергии.  Существенно экономить энергию в США начали 1970х годах, когда федеральное правительство ввело общенациональный стандарт эффективности для автомобилей и предложило налоговые льготы на утепление домов и установку солнечных батарей. Оказалось, что вполне возможно существенное энергосбережение без радикального изменения образа жизни.