Courier of Education 2003 (Глобальное ядерное будущее "Энергия", 2003 # 2,3)
На обложку «Курьера образования»|Последний номер журнала «Энергия»
ОТ «АТОМА ДЛЯ МИРА» К «АТОМУ ДЛЯ МИРА И ПРОЦВЕТАНИЯ»
В мае 2002 г. была закончена работа по составлению совместного доклада,
подготовленного специалистами Российского научного центра «Курчатовский
институт» и национальных лабораторий Сандиа (США). Российскую группу
специалистов возглавлял Е.П. Велихов, американскую — П. Робинсон*.
Доклад посвящен перспективам развития атомной энергетики в мире.
Предлагаем незначительно сокращенную версию доклада, разбитого на две
части. Вторая часть будет опубликована в следующем номере.
Глобальное ядерное будущее
К публикации подготовил И.И. ЛАРИН
«Энергия» 2003, N 2. С. 33-39; N 3. С. 13-21.
Вторая ядерная эра
* Национальные лаборатории Сандиа Альбукерк, Нью-Мексико, США: П. Робинсон, Р.
Иган, А. Бейкер, Т. Сандерс, Д. Пауэре, К. Олсен, М. Харрингтон.
Российский научный центр «Курчатовский институт», Москва, Российская Федерация,
РФ: Е. Велихов, А. Гагаринский, В. Кузнецов, A. Петров, Н. Пономарев-Степной, В.
Рачков, B. Смирнов.Инициатива «Глобальное ядерное будущее» основана на целостном
подходе при анализе вызовов и возможностей, характерных для второй ядерной эры.
(Первая ядерная эра — период, начавшийся с выступления Президента США Д.
Эйзенхауэра в 1953 г. под девизом «Атом для Мира».) Обладающие ядерным оружием
страны должны поощряться к использованию излишков оборонных запасов (материалы,
люди и инфраструктура) для производства энергии и содействия экономическому
развитию при сохранении качества природной среды. Вот некоторые ключевые
концепции и цели этой инициативы:
признание взаимосвязи между энергетической безопасностью, глобальной
стабильностью и климатическими изменениями;
беспристрастное признание ведущей роли ядерной энергии в национальной и
международной энергетической политике;
поддержание высочайшего уровня безопасности и надежности при эксплуатации
ядерной энергетики в мировом масштабе;
реализация замкнутого ядерного топливного цикла;
предотвращение распространения ядерного оружия;
расширение понимания и поддержки ядерной энергетики и связанных с ней
технологий среди политиков и общественности;
поощрение ядерных держав к конверсии их оборонного потенциала в производство
ядерной энергии.
Энергия по разумной цене является определяющим фактором — как для экономического
роста, так и для роста уровня жизни.
Одним из результатов войны в Персидском заливе и современной напряженности на
Ближнем Востоке стало осознание того факта, что почти 50% мировой нефти
поставляется из одного из самых нестабильных регионов мира и что большая часть
этих ресурсов предназначена для четырех богатейших мировых регионов. Эта
проблема станет еще более острой по мере индустриализации развивающихся стран в
ближайшие 50 лет и усиления их конкуренции с развитыми странами за доступ к тем
же самым странам-поставщикам. Сегодня уровень энергопотребления из расчета на
душу населения в Северной Америке в 30 раз выше, чем в наименее развитых районах
Африки.
Значительный рост мирового энергопотребления является неизбежным в XXI веке,
особенно в развивающихся странах. Глобальное энергопотребление, очевидно,
удвоится к середине века, даже если исходить из очень низких темпов роста. Этот
рост зависит от развития мировой экономики, роста населения и стремления к более
справедливому и равномерному распределению энергии по регионам мира.
В современном мире свыше 80% потребностей в энергии обеспечивается за счет
органического топлива, ядерная энергия дает около 6%, главным образом в развитых
странах. Возобновляемые источники, такие как биомасса, используются в некоторых
развивающихся странах; гидроэнергетика обеспечивает около 6%, а суммарный вклад
от других возобновляемых источников составляет менее 1%.
Одним из наиболее быстрых путей снижения напряженности, вызванной
ограниченностью производства нефти, явилось бы использование ядерной энергии.
Это могло бы стимулироваться расширением партнерства России и США в
проектировании, разработке и размещении ядерных электростанций. Без такого
партнерства эти две ядерные державы, возглавляющие энергетическое развитие в
течение первой ядерной эры, вполне вероятно, могут оказаться всего лишь
наблюдателями активной деятельности других стран по обеспечению ядерных услуг и
поставок. США и Россия имеют большой исторический опыт в мирном использовании
ядерной энергии. Речь Президента Эйзенхауэра «Атом для Мира», произнесенная в
1953 г. в Организации Объединенных Наций, заложила основы современной
деятельности в области ядерных технологий. В своей речи он предложил
разработанные в Соединенных Штатах ядерные технологии другим странам как часть
широкомасштабной инициативы по контролю за ядерными вооружениями.
Рис. 1.
Места размещения ядерных
реакторов на планете.
Программа «Атом для Мира», первое ядерное электричество, полученное в
американской лаборатории в 1951 г., и первая атомная электростанция, созданная
академиком Курчатовым в Советском Союзе в 1954 г., — все это ознаменовало начало
первой ядерной эры и мирного использования атомной энергии. С 1953 г. в мире
было произведено несколько тысяч единиц ядерного оружия и создано более 400
ядерных энергетических реакторов (рис. 1). Все страны, кроме четырех, подписали
Договор о нераспространении ядерного оружия. Были также подписаны важные
договоры по контролю за ядерными вооружениями. Были созданы действенные
международные организации, работающие в ядерной области. Возможно, важнее всего
то, что до настоящего времени не произошло ни Третьей мировой войны, ни ядерного
конфликта.
В период первой ядерной эры Россия и США вместе контролировали почти 90%
глобальной торговли ядерной продукцией и услугами, предназначенными для мирного
использования. Сегодня, хотя в США имеется здоровая и процветающая внутренняя
структура производства ядерной электроэнергетики, остальная часть ядерных
предприятий в стране практически не задействована. Окончание холодной войны,
рост мировой напряженности в связи с затрудненным доступом к нефти и другим
энергоисточникам, а также конец господства США и России в отношении ядерных
услуг, исследований и технологий создали условия, которые могут привести к
уменьшению участия или влияния любой из этих стран на ход будущих событий в
ядерной области. Другие «зрелые» и развивающиеся ядерные страны, безусловно,
воспользуются возможностью экспортировать гражданские ядерные товары и услуги.
Некоторые из этих стран не рассматривают контроль за ядерными материалами и
ядерную безопасность на столь же серьезном уровне, как основатели ядерной
энергетики.
Энергетические и экологические вызовы XXI века
Сегодня в индустриальных странах сосредоточено 16% мирового населения, 78%
мировой экономики (ВВП) и 55% мирового энергопотребления. В развивающихся
странах сконцентрировано 84% мирового населения, 22% мирового ВВП и 45% мирового
энергопотребления.
Рис. 2.
Потребление
энергоносителей в мире.
Если тенденции последних лет сохранятся, то за следующие 20 лет реальный мировой
ВВП может удвоиться, население вырастет на 25%, а энергопотребление — на 50%.
При таком сценарии нефть остается ведущим энергоисточником, обеспечивая около
40% энергопотребления, а за ней следуют природный газ (28%), уголь (20%),
возобновляемые источники (8%) и ядерная энергия (5%) (рис. 2). Вклады природного
газа и нефти будут расти, в то время как доли угля и ядерной энергии упадут.
Ожидается, что большую часть роста энергоиспользования дадут развивающиеся
страны.
Согласно прогнозам, в следующие два десятилетия рост мирового энергопотребления
сохранит темп предыдущего десятилетия — около 2% в год, при соотношении прироста
между развивающими и развитыми странами примерно как 3:1. Более того, в течение
следующих 20 лет мировая энергетическая инфраструктура будет по-прежнему
основываться на органическом топливе и традиционных энергетических технологиях.
К 2020 г. доля развивающихся стран в мировом энергопотреблении составит 55%, а
развитых — 45%. Потребление нефти, природного газа и угля в развивающихся
странах превысит потребление этих видов топлива в индустриальных государствах
(рис. 3).
Рис. 3.
Энергопотребление в мире.
Рис. 4.
Современные и планируемое
потребление топлива личным
транспортом.
Мировое потребление нефти к 2020 г. возрастет на 60%, и доля развивающихся стран
составит около 55% этого роста. Энергопотребление на транспорте, а это в
основном нефть, вырастет на 70%. Но даже в 2020 г. в развивающихся странах будет
гораздо меньше автомобилей на душу населения, чем в индустриальном мире. В США и
других развитых странах будет примерно 700-800 автомобилей на тысячу человек,
тогда как в Китае и других развивающихся странах — только 50-80. Это
предполагает потенциально еще более высокий рост спроса на нефть и транспортное
топливо после 2020 г. (рис. 4).
К счастью, человечество достаточно обеспечено энергоресурсами на XXI век. Тем не
менее значительный рост цен на энергию неизбежен по мере истощения запасов
дешевых ресурсов и усиления конкуренции за остающиеся. Ежегодные затраты в
мировой энергетике возрастут в 2.5-3 раза к середине века, а цены на топливо и
энергию — по самым осторожным оценкам — вырастут за тот же период более чем на
30%.
Энергопроизводство будет ограничено в основном затратами на извлечение
энергоресурсов, на производство и транспортировку энергии, а также предстоящими
расходами, связанными с эмиссией парниковых газов. Введение глобальных
ограничений на выбросы парниковых газов и региональные ограничения на другие
загрязнители атмосферы серьезно повлияют на структуру эволюционирующей мировой
энергетики и, вероятно, потребуют значительных дополнительных инвестиций для
сдерживания темпов увеличения выбросов, оказывающих влияние на окружающую среду.
Глобальная энергосистема по-прежнему сохранит многокомпонентный характер: газ,
уголь, нефть, ядерная энергия и возобновляемые источники — все внесут свой вклад
в энергоснабжение. Каким образом будет удовлетворен растущий спрос на нефть и
другие органические виды топлива? Сегодня пять стран Персидского залива
(Саудовская Аравия — 26%, Ирак — 11, ОАЭ — 10, Иран и Кувейт — по 9%) обладают
65% доказанных мировых запасов нефти. Россия имеет 5%, а США — всего лишь 2%. К
А 2020 г. мир станет еще более зависимым от поставок нефти из одного из самых
нестабильных регионов мира.
Природный газ, который сегодня является наиболее предпочтительным с точки зрения
экологии органическим топливом, сконцентрирован в том же Персидском заливе (33%)
и России (33%). Мировая добыча природного газа в течение всего века будет
нарастать с постепенным увеличением его использования для производства
синтетического топлива, а также в химической промышленности и на транспорте.
Ресурсы угля исчерпываются в гораздо меньшей степени, и, соответственно,
повышение мировых цен на него будет значительно меньшим, чем на другие
органические топлива. Однако влияние глобальных и региональных экологических
ограничений на потребление угля будет особенно сильным. При этом уголь, сегодня
непопулярный по экологическим причинам и дающий на 80% больше эмиссии углерода
на сожженную единицу энергии по сравнению с природным газом, также
сконцентрирован по регионам. Четыре страны (США — 25%, Россия — 16, Китай — 12 и
Австралия — 9%) обладают 62% доказанных мировых запасов.
Из возобновляемых источников энергии наиболее экономически приемлемым будет
оставаться использование гидроэнергии, биомассы и наиболее дешевых ресурсов
ветра. Однако даже при быстром росте использования нетрадиционных источников в
производстве энергоресурсов на региональном уровне их доля в общемировом
масштабе будет оставаться незначительной.
По мере роста цен ожидается расширение базы доказанных запасов, то есть
категории запасов, которые возможно экономически оправданно извлечь при
сегодняшнем уровне цен и с использованием существующих технологий. Тем не менее,
если потребление нефти, природного газа и угля сохранится на уровне 2000 года,
теоретически мир исчерпает доказанные запасы нефти в 2040 г., природного газа —
в 2060 г., а угля — в 2230 г. Если же взять прогнозируемый уровень
энергопотребления 2020 г., то теоретически в мире нефть закончится в 2030 г.,
природный газ — в 2040 г., а уголь — в 2160 г. Это предполагает, при прочих
равных условиях, сужение рынков нефти и рост цен, а также то, что еще большая
часть мира станет зависимой от нестабильности в Персидском заливе.
Рис. 5.
Динамика цен на нефть
С 1890 по 1973 г. реальные цены на нефть в среднем составляли 14 долл. за
баррель (в долларах США 2001 г.), хотя и имели место значительные флуктуации в
зависимости от года. С 1974 по 2001 г. под контролем ОПЕК реальные цены на нефть
в среднем увеличились до 35 долл. за баррель при еще больших ценовых флуктуациях
в результате взаимодействия рыночных цен с квотами ОПЕК на производство. В
будущем, по мере потребления ресурсов нефти стран, не входящих в ОПЕК, ожидается
еще большее снижение их конкурентоспособности со странами ОПЕК (рис. 5).
После «Великой депрессии», используя государственные инвестиции, США за время
жизни всего одного поколения почти полностью электрифицировали страну и стали
экономическим «генератором» столетия. Россия выполнила ту же задачу за смену
двух поколений. В течение следующих 20 лет мировое использование электроэнергии
вырастет на 70%, так как мир все сильнее зависит от информационных технологий, а
развивающиеся страны продолжают электрифицироваться. Взаимосвязь между ключевыми
инфраструктурами, такими как электроэнергетика, нефте- и газопроводы,
коммуникации, транспорт, водоснабжение, а также банки и финансы, будет расти.
Взаимозависимость по природному газу между регионами также растет. Например,
Западная Европа получает растущие поставки природного газа из России и Алжира, а
Япония становится все более зависимой от сжиженного природного газа из
Австралии, Индонезии и стран Персидского залива.
Рис. 6.
Современные и прогнозируемые
потребности в электроэнергии
Главным источником энергии будет оставаться углеводородное топливо, до 2020 г.
его доля в потреблении первичных ресурсов останется на уровне 90%, потому что на
него рассчитана вся инфраструктура современного производства и потребления
энергии. Однако запасы углеводородного топлива исчерпываются, а введение в
оборот новых запасов требует все больших инвестиционных затрат. Следствием этого
будет неизбежное изменение структуры предложения энергии, которое натолкнется на
жесткие экологические ограничения и неизбежно будет вызывать не только
постоянную тенденцию к росту цен на энергию, но и резкие колебания цен на
рынках, делая их все менее предсказуемыми и устойчивыми.
В мире растет озабоченность в связи с тем, что углеродная эмиссия от
использования органического топлива вызывает необратимые изменения климата. Если
нынешние тенденции сохранятся, то к 2020 г. ежегодная эмиссия углерода возрастет
на 60%, а к 2050 г. она может утроиться. Хотя сегодня развивающиеся страны дают
половину мировой углеводородной эмиссии от органического топлива, к 2020 г. они
будут ответственны за 60%, и эта тенденция может сохраняться (рис. 6).
Сокращение эмиссии углерода требует снижения ее на единицу энергии, сокращения
затрат энергии на единицу ВВП, постоянного улавливания углерода и/или сокращения
ВВП. Переход на неорганические виды топлива, такие как ядерная энергия и
некоторые возобновляемые технологии (а именно — Солнце, ветер, геотермальные
источники и гидроэлектроэнергия), снизит удельную эмиссию углерода. Повышение
эффективноети использования энергии снизит энергоемкость ВВП. Обе эти меры,
равно как и улавливание углерода, по всей вероятности, будут необходимы для
борьбы с эмиссией.
Так как окислы углерода долго сохраняются в атмосфере, то, по оценке
Межправительственного Совета по климатическим изменениям, для стабилизации
атмосферных концентраций окислов углерода и других парниковых газов на
сегодняшнем уровне потребовалось бы сокращение ежегодной эмиссии углерода на
60%. То есть весь мир должен был бы навсегда сократить более чем наполовину
использование органического топлива, невзирая на экономический рост (или
постоянно улавливать эквивалентное количество углерода). Без существенной роли
ядерной энергетики это, по всей вероятности, окажется невозможным.
Рис. 7.
Мировая эмиссия
углерода
В качестве точки отсчета снижения эмиссии углерода обсуждаемый в настоящее время
Киотский протокол требует от индустриальных стран к 2008-2012 гг. сократить
ежегодную эмиссию углерода на 5.2% от уровня 1990 г. Не требуется ни сохранения
этих ограничений после 2012 г., ни участия развивающихся стран в таком
сокращении (рис. 7).
Кроме того, в следующие 20 лет озабоченность проблемой парниковых газов будет
усугубляться тревогой за сохранность окружающей среды по причине роста
населения, экономики и энергетики. Если не будут разработаны и внедрены более
экологически безопасные технологии и процессы, это может ограничить
экономический рост.
Важной энергетической и экологической проблемой является состояние воды. С
качеством и доступностью воды напрямую связаны поддержание жизни человека и
производство продуктов питания. Ожидаемая напряженность в плане доступности и
качества воды в течение следующих 20 лет может значительно ограничить
экономический рост и развитие, равно как и привести к региональным конфликтам.
Большинство стратегических проблем энергетики носит долговременный характер.
Возможности частных инвесторов обеспечить долгосрочные решения ограничены из-за
их глобального характера и большого экономического риска. Только правительства
могут формулировать политику и инвестировать в технологии, необходимые для
предотвращения этого риска на длительную перспективу. Создание инвестиционного
климата, поддерживающего вовлечение частного капитала в решение энергетических
проблем, будет важной частью этой политики.
Развитие и внедрение энергосберегающих технологий должно стать одним из
приоритетов энергетической политики всех индустриальных государств.
Энергетическая ситуация в США и России
Изобилие и разнообразие собственных энергетических ресурсов позволяет
Соединенным Штатам и России удовлетворить свои энергетические потребности в XXI
веке. Обе страны обладают богатыми месторождениями урана, угля, нефти и
природного газа. Несмотря на тридцатилетний спад внутреннего производства нефти,
Соединенные Штаты являются третьими в мире среди крупнейших ее производителей. В
России находится около 40% доказанных мировых запасов природного газа (первое
место в мире) и 5% нефти. Она также является третьим — после США и Китая —
крупнейшим обладателем разведанных запасов угля.
1 Энергопотребление в США превышает сумму энергопроизводства и нетто-импорта
из-за изменения фондов, прибылей и потерь от конверсии и других
событий.Соединенные Штаты, имеющие наибольший ВВП в мире, также являются
крупнейшим мировым производителем, потребителем и нетто-импортером энергии. В
2000 г. США произвели, потребили и нетто-импортировали 95.5,103.8 и 27.2
эксаджоуля энергии соответственно1 и имели эмиссию в 5.7 т углерода на душу
населения.
В России в том же году, при общем энергопотреблении в 30.4 эксаджоуля, экспорт
составил 60% внутреннего потребления энергоресурсов. В ближайшее десятилетие,
несмотря на абсолютный рост экспорта, это соотношение может снизиться до 50-55%.
Опубликовал Kest
December 04 2009 11:45:31 ·
0 Комментариев ·
4130 Прочтений ·
Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.
Пожалуйста, залогиньтесь или зарегистрируйтесь для голосования.
Нет данных для оценки.
Гость
Вы не зарегистрированны? Нажмите здесь для регистрации.
