Это означает, что в АЭС для выработки одного и того же количества электроэнергии не только используется больше тепла, но и больше его сбрасывается в окружающую среду.
Вопреки выводам совещания в Карлсруэ многие специалисты считают, что, по-видимому, в некоторых случаях подогрев воды в водоемах вреден. В связи с этим конструкторы стремятся разрабатывать АЭС, потребляющие минимальное количество воды. Такие АЭС будут полезны и даже необходимы там, где вообще нет воды или ощущается ее большой недостаток. Так можно избежать повышения температуры водоемов.
В настоящее время неизбежно общее повышение и температуры атмосферы в местах нахождения электростанций, промышленных предприятий или крупных индустриальных районов. А это приводит к возникновению нежелательных воздушных потоков, изменению влажности воздуха и солнечной радиации - в общем, к изменению микроклимата. Правда, плотность искусственной энергии, обусловленной деятельностью человека, пока еще невелика: всего 0,02 ватта на квадратный метр поверхности Земли. Мощность же солнечного излучения почти в 10 тысяч раз больше. И конечно, такое искусственное энерговыделение не может вызвать возмущений атмосферы планеты. Но уже есть районы, где плотность искусственного энерговыделения существенно выше и вызывает опасение. Например, на территории Японии она равна 2 ваттам на квадратный метр поверхности, то есть почти один процент от солнечного, а в Рурском промышленном районе ФРГ она выше уже в 10 раз (20 процентов от солнечного). Ясно, что такие источники энергии могут серьезно влиять на микроклимат в прилегающих райрнах.
Метеорологи считают, что дальнейший рост искусственного энерговыделения в районах, подобных Руру, Бельгии, юго-востоку США, скажем, на один порядок может вызывать не только значительное изменение микроклимата, но и нарушения в генеральной циркуляции атмосферы всей планеты. Таков еще один рубеж для энергетики, при приближении к которому нужно задуматься, как же быть с климатом.
Очень широко, особенно в последние годы, обсуждается вопрос об общем перегреве Земли в результате деятельности человека. Часто пишущие об этой проблеме прибегают к чрезмерному упрощению. В результате появляются статьи под устрашающими заголовками:
"Энергетика - стоп!", "Время ледников приходит" или уже упоминавшаяся "Ожидается мезозой".
Действительно, расчеты, проведенные многочисленными учеными, показывают, что повышение доли искусственного тепла до 2-3 процентов от солнечного может вызвать изменение теплового баланса Земли и ее климата. Однако, как пишет академик Е. Федоров, доля искусственного тепла, равная 2-5 процентам, - это 30 - 75 единиц Q в год. Как мы видели ранее, такого уровня энергетика за счет известных сейчас источников энергии достигнет лишь через 200-500 лет. Но многие исследователи справедливо отмечают, что такое изменение теплового баланса в атмосфере Земли, какое вызывается при 2-5-процентной доле искусственных источников энергии, может возникнуть значительно раньше и произойдет оно за счет изменения прозрачности атмосферы.
Говорилось уже, что при сгорании органического топлива ежегодно в атмосферу поступает около 20 миллиардов тонн углекислого газа. Концентрация его в атмосфере возрастает со скоростью 9*10^-5 процента в год.
В 1960 году она равнялась 314 частям на миллион частей воздуха, а к 1980 году поднялась до 332. Такие концентрации углекислого газа не влияют на здоровье людей. Но хорошо известно и другое - он в атмосфере действует как стекло в парнике или оранжерее: пропуская солнечные лучи к поверхности Земли, он не выпускает обратно в космос "отраженное" тепловое инфракрасное излучение, имеющее другую длину волны. Этим и создается так называемый парниковый эффект, давший повод и основание многим говорить о перегреве Земли, таянии ледников и повышении уровня океанов.
На самом деле все не так просто. Действительно, многочисленные расчеты показывают, что, например, повышение концентрации углекислого газа вдвое, чего можно ожидать лет через 50, при неизменных других условиях в земной атмосфере может привести к повышению температуры на 1-3 градуса. С другой стороны, при запылении атмосферы за то же время ее температура может снизиться на те же 1-3 градуса. Кстати, на роль запыленности в тепловом балансе планеты также существуют различные точки зрения. Так, одни специалисты именно этим эффектом объясняют ледниковый период, вызванный попаданием Земли в плотное облако космической пыли. Другие считают, что влияние пыли на снижение температуры гораздо слабее, а ее отражательная способность меньше отражательной способности поверхности нашей планеты.
Пока за сорок лет, прошедшие с 1940 года, средняя температура нашей атмосферы не только не возросла, а, напротив, упала на полградуса.
Ответить на вопрос - до каких же пор можно развчвать энергетику, чтобы выделяемое антропогенное тепло не привело к общему разогреву атмосферы, сейчас нельзя. Называемые некоторыми специалистами 3- 5 процентов его от солнечной энергии, существующей на поверхности Земли, мало обоснованы. Однако их нельзя называть и безответственными. Ведь это первые оценки, скорее прикидки, и они полезны как предупреждающие о том, что над проблемой надо думать. Ведь 5 процентов - это 75 Q! Сравните: энергетика сейчас дает всего 0,3 Q. В связи с высказанным возникает и такой вопрос:
правомерно ли вообще утверждать, что поступление в атмосферу дополнительного антропогенного тепла обязательно приведет к общему равномерному потеплению атмосферы?
Нет, отвечает академик Е. Федоров.
"Отнюдь не следует считать, что поступление в атмосферу дополнительного антропогенного тепла обязательно приведет к общему равномерному потеплению атмосферы и соответственно таянию ледников, повышению уровня океанов и т. д. Конечные последствия могут быть иными". Кроме изменения баланса тепла, нужно учитывать множество других факторов, влияющих на температуру атмосферы: глобальные изменения циркуляции в атмосфере, облачности, течений в океане, распределение концентрации углекислого газа и т. п. Поэтому главная проблема, которая должна волновать человека,- это изменение климата Земли, а климат может меняться и частично уже меняется не только потому, что увеличивается количество тепла, вызванного деятельностью человека. Нарушение генеральной циркуляции атмосферы и другие явления, от которых может измениться климат, способны возникнуть и при нарушении мирового водного баланса. Например, при использова-нии для орошения большой части стока рек увеличится испарение воды на континентах и перераспределится энергетический баланс атмосферы. Играет роль и изменение отражательной способности больших участков земной поверхности при посадке на обширных площадях культурных растений или просто замене их вида.
Разнообразный род деятельности человека приводит, а в дальнейшем в еще большей степени будет приводить к изменению климата в различных районах Земли.
Именно это "непланируемое" изменение и вызывает наибольшую тревогу и опасность для людей.
Увеличение потоков тепла и солнечной радиации, уменьшение осадков в засушливых районах и обратная картина в местностях с достаточным количеством тепла и влаги могут привести к серьезным нарушениям в сельском хозяйстве. При изменении климата неизбежны перестройка жилищ, коммунального обеспечения, изменения характера производственной деятельности. Сам человек также достаточно чувствителен к перемене климатических условий.
Поскольку такое непреднамеренное воздействие на климат неизбежно, нужно научиться и планомерно изменять его в нужных направлениях. Задача чрезвычайно трудная, но небезнадежная.
Уже сделаны первые шаги в воздействии на развитие облачности и образование осадков. Рассеяние низких переохлажденных облаков и туманов, применение искусственной кристаллизации капель воды для предотвращения града используются уже в течение нескольких лет в СССР и ряде стран. Эксперименты по воздействию на ураганы проводятся сейчас учеными США. Есть достаточно и других способов воздействия на климат или предотвращения его изменения. О некоторых из них мы расскажем позже.
Конечно, такие разработки потребуют дополнительных, иногда значительных затрат материалов, труда и энергии. Но, обладая достаточным ее количеством, люди смогут справиться с нарушениями климата, происходящими в результате их жизнедеятельности. Нужно только, чтобы эта энергия была достаточно "чистой", не засоряющей землю химическими, аэрозольными и радиоактивными выбросами.
Чистая энергия
Если энергетика должна принять на себя основную долю ответственности за вызываемое ею нарушение теплового баланса водоемов, атмосферы, а в будущем и климата всей Земли и отдельных ее районов, то ответственность за химическое загрязнение атмосферы, за общее вредное воздействие на природу нужно возложить и на другие отрасли промышленности. Такое разделение вины необходимо не для того, чтобы ссылаться друг на друга, а чтобы решать эту проблему комплексно, принимая необходимые меры во всех звеньях народного хозяйства. Посильны ли эти меры для человека? Можно ли добиться чистоты атмосферы и как это сделать?
Сначала коснемся химического загрязнения. Основные его источники: сжигание угля и нефти на электростанциях, в котельных, в различных печах металлургической, химической промышленности и в двигателях внутреннего сгорания. Из защитных мер сейчас наиболее действенны установки на источниках загрязнения различных фильтров по улавливанию пыли и газов. С улавливанием пыли дело обстоит просто - есть относительно недорогие фильтры, позволяющие эффективно улавливать до 95-97 процентов этих частиц. Наблюдения последних лет показывают, что запыление атмосферы растет медленнее, чем развиваются энергетика и промышленность, медленнее, но все же растет. А при усовершенствовании фильтров, по-видимому, с этой проблемой справиться удастся легко, не особенно удорожая производство энергии.
Хуже обстоит дело с газами. Для улавливания многих из них еще не найдено удовлетворительных решений.
В принципе эта задача, конечно, решается, но практически она требует существенных затрат материальных ресурсов и опять-таки энергии.
При использовании в качестве топлива угля можно предварительно проводить его облагораживание - удалять примеси, порождающие выброс вредных газов. Другой путь - газификация угля или переработка его в синтетическое жидкое топливо, например метанол. Конечно, все это требует затраты энергии. Если ее получать, опять сжигая уголь, то снова неизбежны вредные выбросы.
Вот тут и может помочь атомная энергия. Количество этих выбросов существенно уменьшается, если при переработке угля в качестве источника тепла использовать именно ее. Кстати, в некоторых странах для газификации углей уже планируются и разрабатываются ядерные реакторы.
Совершенствование двигателей внутреннего сгорания также приводит к постепенному уменьшению вредной загазованности воздуха. Однако это лишь полумеры, для транспорта нужно отыскивать и внедрять новые виды энергоносителей: электроаккумуляторы, водород. Использование в двигателях водорода резко понижает количество вредных выбросов из них, так как основной продукт при сжигании водорода в атмосфере - это вода. Но на добычу его также потребуется дополнительный расход энергии.
Итак, химическое загрязнение атмосферы можно предотвратить, только затратив дополнительное количество энергии. Выглядит это так, словно круг замкнулся:
чтобы уменьшить вредное воздействие энергетики, нужно затратить дополнительную энергию, а она сама является источником загрязнений.
На самом деле круг можно разорвать. Начну с того, что количество энергии, которую нужно затратить на уменьшение загрязнений, вызываемых энергетикой, относительно невелико. Кроме того, и это, пожалуй, главное, можно и нужно шире использовать более чистые виды энергоисточников. Какому же из них отдать предпочтение?
К сожалению, до сих пор такой обстоятельный сравнительный анализ еще не был сделан. Не потому, что им не считали нужным заняться, а потому, что провести его с учетом всех факторов чрезвычайно сложно. В чем эта сложность?
Приведу такой пример. Гидроэлектростанция, построенная на реке, безусловно, полезна: она вырабатывает электроэнергию и помогает регулировать сток рек.
В то же время ее появление наносит ущерб природе и в конечном счете человеку, ибо водохранилища ГЭС отнимают иногда большие луговые площади и пахотные земли. А это приводит к ухудшению обеспечения человека продуктами питания; часто погибает и большая часть рыбного населения; изменение водного режима отражается на климате. Можно назвать и другие факторы.
Чтобы оценить все здесь сказанное количественно, могут потребоваться годы. Только длительное наблюдение может помочь понять, в какую сторону и с какой скоростью будут развиваться те или иные явления.
Несмотря на сложность такого анализа, уже проведены первичные (их иногда называют поисковыми) исследования, учитывающие основные факторы, поддающиеся количественной оценке.
В одной из таких оценок, сделанной зарубежными специалистами, в качестве критерия сравнения было выбрано количество потерянных человеко-дней, приходящихся на выработанную единицу энергии.
Мы уже говорили, что практически любой вид деятельности человека наряду с пользой приносит и ущерб его здоровью, его трудоспособности. Электростанция, работающая на угольном топливе, безусловно, нужна и полезна. Но на каждый выработанный ею киловатт-час приходится большое количество выброшенных пыли и вредных газов, загрязняющих атмосферу, ухудшающих самочувствие человека, уменьшающих его трудоспособность, сокращающих срок его жизни. Все это и приводит к потере дней, которые могли бы быть отданы трудовой деятельности. Удобно выражать эти потери в человеко-днях. Для общества в целом важна именно эта характеристика.
Приведем сравнительные оценки, сделанные для нескольких видов энергоисточников. Если потери человеко-дней на единицу выработанной электроэнергии для электростанции, использующей в качестве топлива природный газ, принять за единицу, то для других они будут такими: для атомной электростанции-1; для электростанции на угле - 200-300; для электростанции на солнечной энергии - 2000-3000; для электростанции на энергии ветра - 3000.
Другие специалисты получают иные по сравнению с приведенными величины, иногда отличающиеся в 2- 5 раз. Поэтому хотелось бы еще раз сказать, что это первые приближенные оценки, которые никоим образом нельзя абсолютизировать. Безусловно, последующее уточнение методики расчета, более глубокий и широкий анализ приведут к изменению этих данных. Но ясно, что атомные электростанции с полным основанием могут претендовать на роль самого чистого источника энергии.
теперь некоторые разъяснения, поражает полученная величина вредности солнечной электростанции. Она в тысячи раз больше вредности станции на ядерном топливе, хотя на первый взгляд должна быть самой безвредной. Но только на первый.
Плотность солнечной энергии мала. Чтобы на солнечной электростанции выработать единицу энергии, нужно разместить на поверхности Земли большое количество приемных преобразующих устройств. Для их изготовления необходимо определенное количество различных металлических и неметаллических материалов.
А при работе шахт, рудников, химических, металлургических и других заводов, производящих и обрабатывающих эти материалы, в атмосферу будет выброшено немало вредных веществ. Значит, в конечном счете выработка электроэнергии на солнечной электростанции также оказывает вредное воздействие на человека.
В этом смысле не являются исключением и электростанции, использующие энергию ветра или океана. А вот в угольных электростанциях почти весь вредный эффект вызван их собственными выбросами.
Проведенное сравнение позволяет сделать два важных вывода. Во-первых, атомная энергетика наиболее чистая и безвредная среди перспективных масштабных источников энергии - угольных, солнечных, внутриядерных; во-вторых, даже при самом интенсивном развитии атомной энергетики нельзя обеспечить чистоту атмосферы, вод и поверхности Земли, если не будут разработаны меры по очистке сбросных газов и других видов отходов в остальных отраслях народного хозяйства.
Их необходимо предусмотреть на всех предприятиях.
Ведь ныне, учитывая все достижения технологии, в среднем 95-98 процентов исходного сырья у ходит в отходы, которые засоряют, захламляют местность, окружающую предприятия. Необходимо внедрить такой порядок, согласно которому все отходы одних предприятий стали бы полноценным сырьем для других. Только таким путем может быть восстановлен нормальный кругооборот веществ. Главная задача специалистов-технологов - создать технологические схемы и процессы, способные хорошо вписываться в кругооборот веществ, установившийся в биосфере.
Конечно, нельзя утверждать, что совершенствования производств полностью устранят воздействие на природную среду, как и доказывать, что изменение природной среды, ее отход от "естественного состояния" - обязательно ее ухудшение. Стоит привести слова, сказанные по этому поводу Д. Арманд: "На природу можно воздействовать так, что все вносимые в нее частные изменения приведут только к ее обогащению. Но для этого надо прекрасно знать ее механизм".
Мы уже не раз говорили, что дальнейшее развитие энергетики может приводить ко все большим неуправляемым изменениям в климате планеты. Все это так, но, используя различные методы управления стоками и источниками тепла, человек может благотворно воздействовать и на климат. Наверное, в будущем появится возможность размещать крупные ядерные источники энергии с учетом их влияния на циркуляцию в атмосфере.
Тепловой баланс планеты можно изменять, регулируя облачность. Реальным способом изменения климата является изменение отражающей способности поверхности Земли. Так, посадка некоторых видов растительности в тундре может сильно "поправить" тепловой баланс.
Сброс тепла в морские течения с преобразованием их траекторий - еще одно мощное средство управления потоками тепла. В принципе допускается внесение специальных веществ в верхние слои или создание затемняюще-отражающих слоев различного состава над земной атмосферой. Принципиально возможен еще один способ воздействия на потоки теплового излучения.
В атмосфере Земли для излучения с длиной волны от 8 до 13 микрон существует "окно". Такое излучение свободно проходит сквозь атмосферу и находящиеся в ней пары воды и углекислый газ. Можно подобрать такие материалы для труб, с помощью которых на электростанциях будет отводиться низкопотенциальное тепло, что длина волны этого тепла будет лежать как раз в "окне" атмосферы и оно свободно может уходить в космическое пространство.
Короче говоря, существует много способов управления потоками тепла, а значит, и климатом планеты. Бесспорно, такие способы потребуют больших затрат энергии. Но не нужно забывать, что нужда в них появится именно тогда, когда человек будет оперировать очень большими количествами энергии. Нельзя говорить о проблемах, связанных с изменением климата, при масштабном изменении энергетики в будущем и в то же время судить о возможностях целенаправленного воздействия на климат, исходя из возможностей энергетики сегодняшнего дня.
СКОРО ЛИ 2000 ГОД?
Не правда ли, вопрос в заглавии звучит почти риторически? И все же на него можно ответить по-разному: "через полтора десятка лет", "скоро", "не скоро".
Так скоро или не скоро? Психологи говорят, что люди ответят на вопрос этот неодинаково. Если у человека нет активного отношения к будущему, оно будет "очень не скоро". Это утверждение многократно проверено экспериментально.
Интересны в связи с этим результаты опросов, проведенных одним из сотрудников Международного института исследований проблем мира в Осло. Анализ ответов на вопрос "Далеким или близким кажется вам 2000 год?" показал, что для представителей социалистических и развивающихся стран он ближе, чем для представителей развитых капиталистических стран.
Активное отношение к будущему, борьба за осуществление идеалов общества приближает "далекое завтра". Человек с таким мировоззрением, несмотря на трезвое понимание того, что, может быть, еще десятилетия отделяют его от намеченной цели, от будущего, уверен, что оно наступит "скоро".
Перестройка энергетики, которая началась сейчас, в ближайшие 15-20 лет должна сделать главные шаги, и 2000 год - один из важнейших рубежей. Начальные этапы перестройки определены Энергетической программой СССР, о которой и пойдет разговор.
Сначала давайте отступим на несколько десятилетий назад, в 1920 год, и оттуда посмотрим на принятую Энергетическую программу СССР. Что же произошло в том далеком 1920 году? Была принята историческая программа ГОЭЛРО (Государственная комиссия по электроэнергии России) - вторая программа партии, как назвал ее Владимир Ильич Ленин. Интересно, как создавалась эта программа, какой она была?
В феврале 1920 года на Мясницкой улице, 24, в квартире 98 состоялось первое заседание мозгового центра комиссии. (Да, да! Именно в квартире размещался электроотдел ВСНХ. Сейчас в этом здании на улице Кирова редакция журнала "Наука и жизнь". Будете проходить мимо - взгляните: на здании мемориальная доска в память о плане ГОЭЛРО.) У только что разгоревшейся печки-времянки девятнадцать человек.
- Ну что? Кажется, нашей комиссии удалось расшуровать первую топку?.. произнес, улыбаясь, председатель комиссии Глеб Максимилианович Кржижановский, обладатель множества титулов: вице-президент АН СССР, председатель Госплана СССР, один из организаторов Петербургского "Союза борьбы за освобождение рабочего класса". Вокруг него единомышленники: М. Шателен, Л. Рамзин, Г. Графтио, К. Круг, Б. Угрюмов.
Всего в работе комиссии принимало участие около 200 крупных специалистов. По инициативе В. И. Ленина план ГОЭЛРО был доложен Всероссийскому съезду Советов. Три часа рассказывал Г. Кржижановский делегатам, собравшимся в Большом театре, о перспективах развития энергетики в России.
За 10-15 лет намечалось построить 30 электростанций (20 тепловых и 10 гидростанций) общей мощностью 1,5 миллиона киловатт. Тогда в Москве находился известный английский писатель-фантаст Герберт Уэллс.
Он так и не смог поверить в этот план и назвал В. И. Ленина "кремлевским мечтателем".
План ГОЭЛРО был выполнен досрочно. Уже в 1931 году мощность электростанций составила 2 миллиона киловатт против 170 тысяч киловатт, которыми обладала довоенная Россия. А в 1933 году мощность всех электростанций приблизилась к 4 миллионам киловатт!
Прошло 63 года. Стране понадобилась долгосрочная программа перевооружения энергетики, в которой были бы отражены перспектива и направления перевооружения энергетики. Такая программа была разработана и принята нашей партией и правительством в 1983 году.
Называется она "Энергетическая программа СССР".
Если над программой ГОЭЛРО трудились десятки специалистов, то Энергетическую программу создавали десятки исследовательских, конструкторских, проектных институтов ряда отраслей и Академии наук СССР.
Основные положения программы были оглашены в сентябре 1983 года, на 12-м Мировом энергетическом конгрессе в Индии министром энергетики и электрификации П. Непорожним. Его речь слушали с большим вниманием делегаты конгресса. "Топливно-энергетический комплекс СССР, - говорил он, - производит 20 процентов мировых энергоресурсов. Мы единственная большая индустриальная держава в мире, которая обеспечивает себя топливом и энергией из собственных источников".
Начало осуществления Энергетической программы - одиннадцатая пятилетка. За это пятилетие должно быть выработано 1550-1600 миллиардов киловатт-часов электроэнергии, причем 220-250 из них - за счет атомных электростанций, энерговыработка которых в электроэнергетике составит 15 процентов, а в европейской части страны даже 20 процентов.
Первый этап развития ядерной энергетики предусматривает создание атомных электростанций общей мощностью до 100 миллионов киловатт. А мощность каждой из них 5-7 миллионов киловатт. Вспомните:
по плану ГОЭЛРО средняя мощность электростанции составляла всего 50 тысяч киловатт, то есть в 100 paз меньше.
К 1990 году будет построена первая атомная теплоэлектроцентраль, производящая, кроме электроэнергии, еще и тепло. Близится к концу строительство атомных станций теплоснабжения под Воронежем и Горьким.
Дальнейшее развитие получат атомные электростанции с реакторами на быстрых нейтронах. Совсем недавно на Белоярской атомной станции сооружен энергоблок с реактором на быстрых нейтронах электрической мощностью 600 тысяч киловатт, разработаны проекты АЭС с такими реакторами мощностью 800 и 1600 тысяч киловатт. Это прототипы будущих серийных АЭС.
Программой планируется развитие трех гигантских топливно-энергетических комплексов.
Первый из них - Экибастуз. В изданной в начале века "Настольной и дорожной книге" для путешествующих говорится: "Плавание по Иртышу от Омска до Семипалатинска не обещает ничего интересного.
На расстоянии тысячи километров здесь расположен всего один небольшой уездный город и два десятка незначительных селений".
Вопреки выводам совещания в Карлсруэ многие специалисты считают, что, по-видимому, в некоторых случаях подогрев воды в водоемах вреден. В связи с этим конструкторы стремятся разрабатывать АЭС, потребляющие минимальное количество воды. Такие АЭС будут полезны и даже необходимы там, где вообще нет воды или ощущается ее большой недостаток. Так можно избежать повышения температуры водоемов.
В настоящее время неизбежно общее повышение и температуры атмосферы в местах нахождения электростанций, промышленных предприятий или крупных индустриальных районов. А это приводит к возникновению нежелательных воздушных потоков, изменению влажности воздуха и солнечной радиации - в общем, к изменению микроклимата. Правда, плотность искусственной энергии, обусловленной деятельностью человека, пока еще невелика: всего 0,02 ватта на квадратный метр поверхности Земли. Мощность же солнечного излучения почти в 10 тысяч раз больше. И конечно, такое искусственное энерговыделение не может вызвать возмущений атмосферы планеты. Но уже есть районы, где плотность искусственного энерговыделения существенно выше и вызывает опасение. Например, на территории Японии она равна 2 ваттам на квадратный метр поверхности, то есть почти один процент от солнечного, а в Рурском промышленном районе ФРГ она выше уже в 10 раз (20 процентов от солнечного). Ясно, что такие источники энергии могут серьезно влиять на микроклимат в прилегающих райрнах.
Метеорологи считают, что дальнейший рост искусственного энерговыделения в районах, подобных Руру, Бельгии, юго-востоку США, скажем, на один порядок может вызывать не только значительное изменение микроклимата, но и нарушения в генеральной циркуляции атмосферы всей планеты. Таков еще один рубеж для энергетики, при приближении к которому нужно задуматься, как же быть с климатом.
Очень широко, особенно в последние годы, обсуждается вопрос об общем перегреве Земли в результате деятельности человека. Часто пишущие об этой проблеме прибегают к чрезмерному упрощению. В результате появляются статьи под устрашающими заголовками:
"Энергетика - стоп!", "Время ледников приходит" или уже упоминавшаяся "Ожидается мезозой".
Действительно, расчеты, проведенные многочисленными учеными, показывают, что повышение доли искусственного тепла до 2-3 процентов от солнечного может вызвать изменение теплового баланса Земли и ее климата. Однако, как пишет академик Е. Федоров, доля искусственного тепла, равная 2-5 процентам, - это 30 - 75 единиц Q в год. Как мы видели ранее, такого уровня энергетика за счет известных сейчас источников энергии достигнет лишь через 200-500 лет. Но многие исследователи справедливо отмечают, что такое изменение теплового баланса в атмосфере Земли, какое вызывается при 2-5-процентной доле искусственных источников энергии, может возникнуть значительно раньше и произойдет оно за счет изменения прозрачности атмосферы.
Говорилось уже, что при сгорании органического топлива ежегодно в атмосферу поступает около 20 миллиардов тонн углекислого газа. Концентрация его в атмосфере возрастает со скоростью 9*10^-5 процента в год.
В 1960 году она равнялась 314 частям на миллион частей воздуха, а к 1980 году поднялась до 332. Такие концентрации углекислого газа не влияют на здоровье людей. Но хорошо известно и другое - он в атмосфере действует как стекло в парнике или оранжерее: пропуская солнечные лучи к поверхности Земли, он не выпускает обратно в космос "отраженное" тепловое инфракрасное излучение, имеющее другую длину волны. Этим и создается так называемый парниковый эффект, давший повод и основание многим говорить о перегреве Земли, таянии ледников и повышении уровня океанов.
На самом деле все не так просто. Действительно, многочисленные расчеты показывают, что, например, повышение концентрации углекислого газа вдвое, чего можно ожидать лет через 50, при неизменных других условиях в земной атмосфере может привести к повышению температуры на 1-3 градуса. С другой стороны, при запылении атмосферы за то же время ее температура может снизиться на те же 1-3 градуса. Кстати, на роль запыленности в тепловом балансе планеты также существуют различные точки зрения. Так, одни специалисты именно этим эффектом объясняют ледниковый период, вызванный попаданием Земли в плотное облако космической пыли. Другие считают, что влияние пыли на снижение температуры гораздо слабее, а ее отражательная способность меньше отражательной способности поверхности нашей планеты.
Пока за сорок лет, прошедшие с 1940 года, средняя температура нашей атмосферы не только не возросла, а, напротив, упала на полградуса.
Ответить на вопрос - до каких же пор можно развчвать энергетику, чтобы выделяемое антропогенное тепло не привело к общему разогреву атмосферы, сейчас нельзя. Называемые некоторыми специалистами 3- 5 процентов его от солнечной энергии, существующей на поверхности Земли, мало обоснованы. Однако их нельзя называть и безответственными. Ведь это первые оценки, скорее прикидки, и они полезны как предупреждающие о том, что над проблемой надо думать. Ведь 5 процентов - это 75 Q! Сравните: энергетика сейчас дает всего 0,3 Q. В связи с высказанным возникает и такой вопрос:
правомерно ли вообще утверждать, что поступление в атмосферу дополнительного антропогенного тепла обязательно приведет к общему равномерному потеплению атмосферы?
Нет, отвечает академик Е. Федоров.
"Отнюдь не следует считать, что поступление в атмосферу дополнительного антропогенного тепла обязательно приведет к общему равномерному потеплению атмосферы и соответственно таянию ледников, повышению уровня океанов и т. д. Конечные последствия могут быть иными". Кроме изменения баланса тепла, нужно учитывать множество других факторов, влияющих на температуру атмосферы: глобальные изменения циркуляции в атмосфере, облачности, течений в океане, распределение концентрации углекислого газа и т. п. Поэтому главная проблема, которая должна волновать человека,- это изменение климата Земли, а климат может меняться и частично уже меняется не только потому, что увеличивается количество тепла, вызванного деятельностью человека. Нарушение генеральной циркуляции атмосферы и другие явления, от которых может измениться климат, способны возникнуть и при нарушении мирового водного баланса. Например, при использова-нии для орошения большой части стока рек увеличится испарение воды на континентах и перераспределится энергетический баланс атмосферы. Играет роль и изменение отражательной способности больших участков земной поверхности при посадке на обширных площадях культурных растений или просто замене их вида.
Разнообразный род деятельности человека приводит, а в дальнейшем в еще большей степени будет приводить к изменению климата в различных районах Земли.
Именно это "непланируемое" изменение и вызывает наибольшую тревогу и опасность для людей.
Увеличение потоков тепла и солнечной радиации, уменьшение осадков в засушливых районах и обратная картина в местностях с достаточным количеством тепла и влаги могут привести к серьезным нарушениям в сельском хозяйстве. При изменении климата неизбежны перестройка жилищ, коммунального обеспечения, изменения характера производственной деятельности. Сам человек также достаточно чувствителен к перемене климатических условий.
Поскольку такое непреднамеренное воздействие на климат неизбежно, нужно научиться и планомерно изменять его в нужных направлениях. Задача чрезвычайно трудная, но небезнадежная.
Уже сделаны первые шаги в воздействии на развитие облачности и образование осадков. Рассеяние низких переохлажденных облаков и туманов, применение искусственной кристаллизации капель воды для предотвращения града используются уже в течение нескольких лет в СССР и ряде стран. Эксперименты по воздействию на ураганы проводятся сейчас учеными США. Есть достаточно и других способов воздействия на климат или предотвращения его изменения. О некоторых из них мы расскажем позже.
Конечно, такие разработки потребуют дополнительных, иногда значительных затрат материалов, труда и энергии. Но, обладая достаточным ее количеством, люди смогут справиться с нарушениями климата, происходящими в результате их жизнедеятельности. Нужно только, чтобы эта энергия была достаточно "чистой", не засоряющей землю химическими, аэрозольными и радиоактивными выбросами.
Чистая энергия
Если энергетика должна принять на себя основную долю ответственности за вызываемое ею нарушение теплового баланса водоемов, атмосферы, а в будущем и климата всей Земли и отдельных ее районов, то ответственность за химическое загрязнение атмосферы, за общее вредное воздействие на природу нужно возложить и на другие отрасли промышленности. Такое разделение вины необходимо не для того, чтобы ссылаться друг на друга, а чтобы решать эту проблему комплексно, принимая необходимые меры во всех звеньях народного хозяйства. Посильны ли эти меры для человека? Можно ли добиться чистоты атмосферы и как это сделать?
Сначала коснемся химического загрязнения. Основные его источники: сжигание угля и нефти на электростанциях, в котельных, в различных печах металлургической, химической промышленности и в двигателях внутреннего сгорания. Из защитных мер сейчас наиболее действенны установки на источниках загрязнения различных фильтров по улавливанию пыли и газов. С улавливанием пыли дело обстоит просто - есть относительно недорогие фильтры, позволяющие эффективно улавливать до 95-97 процентов этих частиц. Наблюдения последних лет показывают, что запыление атмосферы растет медленнее, чем развиваются энергетика и промышленность, медленнее, но все же растет. А при усовершенствовании фильтров, по-видимому, с этой проблемой справиться удастся легко, не особенно удорожая производство энергии.
Хуже обстоит дело с газами. Для улавливания многих из них еще не найдено удовлетворительных решений.
В принципе эта задача, конечно, решается, но практически она требует существенных затрат материальных ресурсов и опять-таки энергии.
При использовании в качестве топлива угля можно предварительно проводить его облагораживание - удалять примеси, порождающие выброс вредных газов. Другой путь - газификация угля или переработка его в синтетическое жидкое топливо, например метанол. Конечно, все это требует затраты энергии. Если ее получать, опять сжигая уголь, то снова неизбежны вредные выбросы.
Вот тут и может помочь атомная энергия. Количество этих выбросов существенно уменьшается, если при переработке угля в качестве источника тепла использовать именно ее. Кстати, в некоторых странах для газификации углей уже планируются и разрабатываются ядерные реакторы.
Совершенствование двигателей внутреннего сгорания также приводит к постепенному уменьшению вредной загазованности воздуха. Однако это лишь полумеры, для транспорта нужно отыскивать и внедрять новые виды энергоносителей: электроаккумуляторы, водород. Использование в двигателях водорода резко понижает количество вредных выбросов из них, так как основной продукт при сжигании водорода в атмосфере - это вода. Но на добычу его также потребуется дополнительный расход энергии.
Итак, химическое загрязнение атмосферы можно предотвратить, только затратив дополнительное количество энергии. Выглядит это так, словно круг замкнулся:
чтобы уменьшить вредное воздействие энергетики, нужно затратить дополнительную энергию, а она сама является источником загрязнений.
На самом деле круг можно разорвать. Начну с того, что количество энергии, которую нужно затратить на уменьшение загрязнений, вызываемых энергетикой, относительно невелико. Кроме того, и это, пожалуй, главное, можно и нужно шире использовать более чистые виды энергоисточников. Какому же из них отдать предпочтение?
К сожалению, до сих пор такой обстоятельный сравнительный анализ еще не был сделан. Не потому, что им не считали нужным заняться, а потому, что провести его с учетом всех факторов чрезвычайно сложно. В чем эта сложность?
Приведу такой пример. Гидроэлектростанция, построенная на реке, безусловно, полезна: она вырабатывает электроэнергию и помогает регулировать сток рек.
В то же время ее появление наносит ущерб природе и в конечном счете человеку, ибо водохранилища ГЭС отнимают иногда большие луговые площади и пахотные земли. А это приводит к ухудшению обеспечения человека продуктами питания; часто погибает и большая часть рыбного населения; изменение водного режима отражается на климате. Можно назвать и другие факторы.
Чтобы оценить все здесь сказанное количественно, могут потребоваться годы. Только длительное наблюдение может помочь понять, в какую сторону и с какой скоростью будут развиваться те или иные явления.
Несмотря на сложность такого анализа, уже проведены первичные (их иногда называют поисковыми) исследования, учитывающие основные факторы, поддающиеся количественной оценке.
В одной из таких оценок, сделанной зарубежными специалистами, в качестве критерия сравнения было выбрано количество потерянных человеко-дней, приходящихся на выработанную единицу энергии.
Мы уже говорили, что практически любой вид деятельности человека наряду с пользой приносит и ущерб его здоровью, его трудоспособности. Электростанция, работающая на угольном топливе, безусловно, нужна и полезна. Но на каждый выработанный ею киловатт-час приходится большое количество выброшенных пыли и вредных газов, загрязняющих атмосферу, ухудшающих самочувствие человека, уменьшающих его трудоспособность, сокращающих срок его жизни. Все это и приводит к потере дней, которые могли бы быть отданы трудовой деятельности. Удобно выражать эти потери в человеко-днях. Для общества в целом важна именно эта характеристика.
Приведем сравнительные оценки, сделанные для нескольких видов энергоисточников. Если потери человеко-дней на единицу выработанной электроэнергии для электростанции, использующей в качестве топлива природный газ, принять за единицу, то для других они будут такими: для атомной электростанции-1; для электростанции на угле - 200-300; для электростанции на солнечной энергии - 2000-3000; для электростанции на энергии ветра - 3000.
Другие специалисты получают иные по сравнению с приведенными величины, иногда отличающиеся в 2- 5 раз. Поэтому хотелось бы еще раз сказать, что это первые приближенные оценки, которые никоим образом нельзя абсолютизировать. Безусловно, последующее уточнение методики расчета, более глубокий и широкий анализ приведут к изменению этих данных. Но ясно, что атомные электростанции с полным основанием могут претендовать на роль самого чистого источника энергии.
теперь некоторые разъяснения, поражает полученная величина вредности солнечной электростанции. Она в тысячи раз больше вредности станции на ядерном топливе, хотя на первый взгляд должна быть самой безвредной. Но только на первый.
Плотность солнечной энергии мала. Чтобы на солнечной электростанции выработать единицу энергии, нужно разместить на поверхности Земли большое количество приемных преобразующих устройств. Для их изготовления необходимо определенное количество различных металлических и неметаллических материалов.
А при работе шахт, рудников, химических, металлургических и других заводов, производящих и обрабатывающих эти материалы, в атмосферу будет выброшено немало вредных веществ. Значит, в конечном счете выработка электроэнергии на солнечной электростанции также оказывает вредное воздействие на человека.
В этом смысле не являются исключением и электростанции, использующие энергию ветра или океана. А вот в угольных электростанциях почти весь вредный эффект вызван их собственными выбросами.
Проведенное сравнение позволяет сделать два важных вывода. Во-первых, атомная энергетика наиболее чистая и безвредная среди перспективных масштабных источников энергии - угольных, солнечных, внутриядерных; во-вторых, даже при самом интенсивном развитии атомной энергетики нельзя обеспечить чистоту атмосферы, вод и поверхности Земли, если не будут разработаны меры по очистке сбросных газов и других видов отходов в остальных отраслях народного хозяйства.
Их необходимо предусмотреть на всех предприятиях.
Ведь ныне, учитывая все достижения технологии, в среднем 95-98 процентов исходного сырья у ходит в отходы, которые засоряют, захламляют местность, окружающую предприятия. Необходимо внедрить такой порядок, согласно которому все отходы одних предприятий стали бы полноценным сырьем для других. Только таким путем может быть восстановлен нормальный кругооборот веществ. Главная задача специалистов-технологов - создать технологические схемы и процессы, способные хорошо вписываться в кругооборот веществ, установившийся в биосфере.
Конечно, нельзя утверждать, что совершенствования производств полностью устранят воздействие на природную среду, как и доказывать, что изменение природной среды, ее отход от "естественного состояния" - обязательно ее ухудшение. Стоит привести слова, сказанные по этому поводу Д. Арманд: "На природу можно воздействовать так, что все вносимые в нее частные изменения приведут только к ее обогащению. Но для этого надо прекрасно знать ее механизм".
Мы уже не раз говорили, что дальнейшее развитие энергетики может приводить ко все большим неуправляемым изменениям в климате планеты. Все это так, но, используя различные методы управления стоками и источниками тепла, человек может благотворно воздействовать и на климат. Наверное, в будущем появится возможность размещать крупные ядерные источники энергии с учетом их влияния на циркуляцию в атмосфере.
Тепловой баланс планеты можно изменять, регулируя облачность. Реальным способом изменения климата является изменение отражающей способности поверхности Земли. Так, посадка некоторых видов растительности в тундре может сильно "поправить" тепловой баланс.
Сброс тепла в морские течения с преобразованием их траекторий - еще одно мощное средство управления потоками тепла. В принципе допускается внесение специальных веществ в верхние слои или создание затемняюще-отражающих слоев различного состава над земной атмосферой. Принципиально возможен еще один способ воздействия на потоки теплового излучения.
В атмосфере Земли для излучения с длиной волны от 8 до 13 микрон существует "окно". Такое излучение свободно проходит сквозь атмосферу и находящиеся в ней пары воды и углекислый газ. Можно подобрать такие материалы для труб, с помощью которых на электростанциях будет отводиться низкопотенциальное тепло, что длина волны этого тепла будет лежать как раз в "окне" атмосферы и оно свободно может уходить в космическое пространство.
Короче говоря, существует много способов управления потоками тепла, а значит, и климатом планеты. Бесспорно, такие способы потребуют больших затрат энергии. Но не нужно забывать, что нужда в них появится именно тогда, когда человек будет оперировать очень большими количествами энергии. Нельзя говорить о проблемах, связанных с изменением климата, при масштабном изменении энергетики в будущем и в то же время судить о возможностях целенаправленного воздействия на климат, исходя из возможностей энергетики сегодняшнего дня.
СКОРО ЛИ 2000 ГОД?
Не правда ли, вопрос в заглавии звучит почти риторически? И все же на него можно ответить по-разному: "через полтора десятка лет", "скоро", "не скоро".
Так скоро или не скоро? Психологи говорят, что люди ответят на вопрос этот неодинаково. Если у человека нет активного отношения к будущему, оно будет "очень не скоро". Это утверждение многократно проверено экспериментально.
Интересны в связи с этим результаты опросов, проведенных одним из сотрудников Международного института исследований проблем мира в Осло. Анализ ответов на вопрос "Далеким или близким кажется вам 2000 год?" показал, что для представителей социалистических и развивающихся стран он ближе, чем для представителей развитых капиталистических стран.
Активное отношение к будущему, борьба за осуществление идеалов общества приближает "далекое завтра". Человек с таким мировоззрением, несмотря на трезвое понимание того, что, может быть, еще десятилетия отделяют его от намеченной цели, от будущего, уверен, что оно наступит "скоро".
Перестройка энергетики, которая началась сейчас, в ближайшие 15-20 лет должна сделать главные шаги, и 2000 год - один из важнейших рубежей. Начальные этапы перестройки определены Энергетической программой СССР, о которой и пойдет разговор.
Сначала давайте отступим на несколько десятилетий назад, в 1920 год, и оттуда посмотрим на принятую Энергетическую программу СССР. Что же произошло в том далеком 1920 году? Была принята историческая программа ГОЭЛРО (Государственная комиссия по электроэнергии России) - вторая программа партии, как назвал ее Владимир Ильич Ленин. Интересно, как создавалась эта программа, какой она была?
В феврале 1920 года на Мясницкой улице, 24, в квартире 98 состоялось первое заседание мозгового центра комиссии. (Да, да! Именно в квартире размещался электроотдел ВСНХ. Сейчас в этом здании на улице Кирова редакция журнала "Наука и жизнь". Будете проходить мимо - взгляните: на здании мемориальная доска в память о плане ГОЭЛРО.) У только что разгоревшейся печки-времянки девятнадцать человек.
- Ну что? Кажется, нашей комиссии удалось расшуровать первую топку?.. произнес, улыбаясь, председатель комиссии Глеб Максимилианович Кржижановский, обладатель множества титулов: вице-президент АН СССР, председатель Госплана СССР, один из организаторов Петербургского "Союза борьбы за освобождение рабочего класса". Вокруг него единомышленники: М. Шателен, Л. Рамзин, Г. Графтио, К. Круг, Б. Угрюмов.
Всего в работе комиссии принимало участие около 200 крупных специалистов. По инициативе В. И. Ленина план ГОЭЛРО был доложен Всероссийскому съезду Советов. Три часа рассказывал Г. Кржижановский делегатам, собравшимся в Большом театре, о перспективах развития энергетики в России.
За 10-15 лет намечалось построить 30 электростанций (20 тепловых и 10 гидростанций) общей мощностью 1,5 миллиона киловатт. Тогда в Москве находился известный английский писатель-фантаст Герберт Уэллс.
Он так и не смог поверить в этот план и назвал В. И. Ленина "кремлевским мечтателем".
План ГОЭЛРО был выполнен досрочно. Уже в 1931 году мощность электростанций составила 2 миллиона киловатт против 170 тысяч киловатт, которыми обладала довоенная Россия. А в 1933 году мощность всех электростанций приблизилась к 4 миллионам киловатт!
Прошло 63 года. Стране понадобилась долгосрочная программа перевооружения энергетики, в которой были бы отражены перспектива и направления перевооружения энергетики. Такая программа была разработана и принята нашей партией и правительством в 1983 году.
Называется она "Энергетическая программа СССР".
Если над программой ГОЭЛРО трудились десятки специалистов, то Энергетическую программу создавали десятки исследовательских, конструкторских, проектных институтов ряда отраслей и Академии наук СССР.
Основные положения программы были оглашены в сентябре 1983 года, на 12-м Мировом энергетическом конгрессе в Индии министром энергетики и электрификации П. Непорожним. Его речь слушали с большим вниманием делегаты конгресса. "Топливно-энергетический комплекс СССР, - говорил он, - производит 20 процентов мировых энергоресурсов. Мы единственная большая индустриальная держава в мире, которая обеспечивает себя топливом и энергией из собственных источников".
Начало осуществления Энергетической программы - одиннадцатая пятилетка. За это пятилетие должно быть выработано 1550-1600 миллиардов киловатт-часов электроэнергии, причем 220-250 из них - за счет атомных электростанций, энерговыработка которых в электроэнергетике составит 15 процентов, а в европейской части страны даже 20 процентов.
Первый этап развития ядерной энергетики предусматривает создание атомных электростанций общей мощностью до 100 миллионов киловатт. А мощность каждой из них 5-7 миллионов киловатт. Вспомните:
по плану ГОЭЛРО средняя мощность электростанции составляла всего 50 тысяч киловатт, то есть в 100 paз меньше.
К 1990 году будет построена первая атомная теплоэлектроцентраль, производящая, кроме электроэнергии, еще и тепло. Близится к концу строительство атомных станций теплоснабжения под Воронежем и Горьким.
Дальнейшее развитие получат атомные электростанции с реакторами на быстрых нейтронах. Совсем недавно на Белоярской атомной станции сооружен энергоблок с реактором на быстрых нейтронах электрической мощностью 600 тысяч киловатт, разработаны проекты АЭС с такими реакторами мощностью 800 и 1600 тысяч киловатт. Это прототипы будущих серийных АЭС.
Программой планируется развитие трех гигантских топливно-энергетических комплексов.
Первый из них - Экибастуз. В изданной в начале века "Настольной и дорожной книге" для путешествующих говорится: "Плавание по Иртышу от Омска до Семипалатинска не обещает ничего интересного.
На расстоянии тысячи километров здесь расположен всего один небольшой уездный город и два десятка незначительных селений".