7 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

Несомненно, развитие основных отраслей экономики в значительной мере будет обусловлено развитием топлив­но-энергетического комплекса, функционирование кото­рого, с одной стороны, зависит от климатических условий, а с другой — влияет на окружающую среду и климат. Су­ществует по крайней мере несколько видов воздействия топливно-энергетического комплекса на климат.

Прежде всего это выбросы в атмосферу аэрозолей, из которых наибольшее значение имеют сажа и продукты сгорания в виде соединений серы. Второй вид — поступле­ние в атмосферу радиационно-активных малых газовых компонентов в результате сжигания химического топлива. Сюда относятся углекислый газ и окислы азота, влияющие на углеродный и азотный циклы в системе атмосфера—океан—биосфера—почвы суши. Следующий вид — воздей­ствие на подстилающую поверхность.

Наиболее важным видом воздействия топливно-энерге­тического комплекса на погоду и климат некоторые авто­ры считают влияние тепловых выбросов непосредственно в атмосферу и океаны. При любых оценках влияния топ­ливно-энергетического комплекса на погоду и климат важ­но иметь правильное представление о тенденциях разви­тия топливно-энергетической базы в мире.

На рис. 18 приведен график, иллюстрирующий суммар­ное потребление энергии в мире. В среднем оно составля­ет 2% в год. Эта цифра принципиально важна для оцен­ки тенденций будущего роста энергетических мощностей, поскольку некоторые исследователи явно завышают про­цент до 4, а то и до 6.

Рост производства энергии в мире

Рост производства энергии в мире

Основным источником топлива в настоящее время яв­ляется каменный уголь. По данным международного Ин­ститута системного анализа на 1974 г. мировые запасы угля всех сортов, от антрацита с теплотворной способ­ностью 8000 ккал/кг до бедных углей с теплотворной способностью 3500 ккал/кг или менее, составили 1,0754•1013 т, что эквивалентно запасам 8,4•1011 т угля с теплотворной способностью 7000 ккал/кг.

Академики В. А. Кириллин и М. А. Стырикович об­щие запасы условного топлива, включая нефть и газ, оценивают в 1,29•1013 т. Считается, что на 80% условное топ­ливо состоит из каменного угля.

В 1975 г. по материалам Академии наук США запасы энергетических ресурсов исчислялись так: жидкая нефть, натуральный газ и уголь соответственно 10,55•1021, 7,60 •1021, 276,2•1021 Дж (в сумме 294,35•1021 Дж), т. е. на долю угля, нефти и газа приходится соответственно 94,2, 3,5 и 2,3% общей суммы.

Все это позволяет сделать следующие выводы:

основными продуктами сжигания топлива в будущем будут продукты сжигания угля;

добыча топлива и его сжигание будут осуществляться в нескольких крупных регионах мира и неравномерно распределятся на поверхности Земли. Эти два обстоятель­ства крайне важны при оценке воздействия топливно-энергетического комплекса на климат.

Наиболее вероятное годовое потребление энергии в мире в 1985, 2000 и 2025 гг. эксперты оценивают соот­ветственно 329•1018, 567•1018 и 1238•1018 Дж.

Более детальный анализ указывает на следующую ди­намику развития топливно-энергетического комплекса. Если потребление дерева в качестве источника топлива в начале XIX в. составляло 90%, то теперь оно снизилось до 10%. Удельный же вес угля сейчас близок к 50%, а нефти и газа — к 30%. На долю гидроэнергетики падает не более 10-12%.

Ожидаемое распределение источников энергии приве­дено на рис. 19. Очевидно, что вклад нефти и газа в бли­жайшие 30—50 лет будет существенным. В результате воз­растет роль угля, возобновляемых источников энергии (Солнце, ветер, геотермальное тепло и др.). Роль гидро­энергетики, по-видимому, останется на прежнем уровне.

Характеристика предполагаемого роста различных источников топлива в мире

Характеристика предполагаемого роста различных источников топлива в мире

С этих позиций, а также с позиций учета предполагае­мого роста населения и потребления энергии на душу на­селения следует оценить тенденции роста энергетических мощностей в мире и возможные климатические изменения, вызываемые этим ростом.

В настоящее время по уровню потребления энергии можно выделить три группы стран (табл. 10).

T_010

Как видим, в большинстве стран — низкий уровень по­требления энергии. Но именно в них наиболее интенсив­но растет население. В связи с этим проблема обеспечения продовольствием, водой, сырьем, промышленными и дру­гими товарами будет зависеть от состояния топливно-энергетической базы.

Уже сейчас можно попытаться оценить влияние энер­гетических нагрузок на климат, считая, что большая часть произведенной энергии перейдет в тепло и будет выбро­шена либо целиком в атмосферу, либо частично в атмо­сферу, а частично в воды суши и океана.

Некоторые исследователи утверждают, что в ближай­шие десятилетия будет достигнут тепловой барьер и климат резко потеплеет. Чтобы заметно повысить сред­нюю температуру атмосферы, и то в региональном мас­штабе, нужно затратить энергию не менее 300—500 ТВт. При этом тепловая нагрузка в среднем по полушарию со­ставит не более ОД Вт/м2 по сравнению с энергией и 350 Вт/м2, приходящей на верхнюю границу атмосферы от Солнца. Если же равномерно распределить тепловую на­грузку в 100 ТВт по земному шару, то в среднем она со­ставит всего 0,02 Вт/м2, а при реальных тепловых нагруз­ках—тысячные доли. Из уравнения теплового баланса для сферы вытекает, что этот вклад пренебрежимо мал и практически не повлияет на среднюю глобальную темпе­ратуру.

Хорошо известно, что уже сейчас тепловые нагрузки концентрируются крайне неравномерно. Так, в Манхеттене (США) средние тепловые нагрузки достигли 150 Вт/м2. В таких городах, как Будапешт и др., они составляют по­рядка 30—40 Вт/м2. Это приводит к образованию островов тепла. Температура воздуха в центре на 3—4°, а в холод­ное полугодие на 5—6° С выше, чем в окружающих райо­нах. Однако имеются уже целые районы, например терри­тория Японии, Рурский регион, Восток США и др., где тепловые нагрузки составляют 5—6 Вт/м2 на площади, размеры которой сопоставимы с масштабами синоптиче­ских возмущений.

При анализе климатообразующих факторов мы под­черкивали, что если для подогрева атмосферы необходимы колоссальные источники энергии в десятки и сотни ватт на квадратный метр над всей поверхностью планеты, то для генерации кинетической энергии и воздействия таким путем на динамический режим атмосферы (на ее цирку­ляцию) достаточно энергии в 2—3 Вт/м2 на ограниченной территории, сопоставимой по площади с масштабами си­ноптических возмущений. В результате средняя глобаль­ная температура не изменится, но может произойти пере­распределение энергии вследствие изменения режима общей циркуляции атмосферы. Как уже говорилось, раз­витие энергетической базы идет именно по пути кон­центрации источников тепловых выбросов в ограниченных регионах.

Первые численные эксперименты с целью оценки влия­ния тепловых выбросов на погоду и климат были выпол­нены Д. Вашингтоном в США на базе модели общей цир­куляции атмосферы Национального центра атмосферных исследований в Боулдери (Колорадо). Первоначально Д. Вашингтон равномерно распределил тепловую нагруз­ку, оценив ее в 24 Вт/м2, по территории всей суши и райо­нов, покрытых льдом. При этом средняя глобальная по­верхностная температура повысилась на 1—2°, а в районе Канады и некоторых других районах высоких широт даже на 8° С.

В дальнейших экспериментах, выполненных в разных странах, в том числе и в СССР, источники тепла распре­делялись в конкретных регионах. Например, общий вы­ход энергии в 300 ТВт на площади около 400 тыс. км2 в двух районах, к юго-западу от Ирландии и в районе Япо­нии, изменил режим погоды на всей сфере. Средняя теп­ловая нагрузка при этом на указанной площади состав­ляла 375 Вт/м2. При уменьшении этой нагрузки вдвое (суммарная 150 ТВт) климатический эффект был меньше, но и он оказался существенным.

В численных экспериментах автора с моделью общей циркуляции ГГО тепловая нагрузка принималась на пло­щади порядка 106 км2 в районе Востока США в центре равной 300 Вт/м2 с уменьшением к границам района до нуля. Средняя тепловая нагрузка для всего района при этом равнялась 100—150 Вт/м2, а общая нагрузка поряд­ка 125 ТВт. Результаты моделирования режима погоды за 50 сут., в течение которых удерживался заданный источник тепла, позволили сформулировать следующие выводы.

1. В районе тепловых выбросов появился мощный и непрерывно существующий остров тепла с температурой в центре на 12° С выше, чем за пределами района.

2. Изменение режима погоды при наличии тепловых выбросов по сравнению с ее режимом без теплового воз­действия было весьма существенным в ряде районов Ев­роазиатского и других континентов, другими словами, эф­фекты воздействия через полтора месяца распространи­лись практически по всему северному полушарию.

3. В тропической зоне сформировались новые области интенсивных ливневых осадков, которых не было в конт­рольном численном зксперименте без воздействия источ­ников тепла.

4. Средняя глобальная температура за счет непосред­ственного теплового выброса при принятом источнике в 125 ТВт не должна была повыситься. Тем не менее по данным расчетов она несколько повысилась, что связано с увеличением тепличного эффекта, вызванного повыше­нием содержания водяного пара. Это указывает на воз­можность появления вторичных эффектов и важность их учета.

Однако во всех этих экспериментах антропогенные теп­ловые выбросы завышались минимум на порядок. При­нимаемые в моделях тепловые нагрузки могут быть до­стигнуты не ранее середины или конца следующего сто­летия. При возможных тепловых выбросах в ближайшее десятилетие, по-видимому, никаких глобальных измене­ний не произойдет, но региональные и локальные эффек­ты будут ощутимы. Наиболее реальным в перспективе представляется не потепление климата, а изменение цир­куляционного режима атмосферы и увеличение повторяе­мости климатических аномалий.

Для оценки влияния развивающегося топливно-энер­гетического комплекса на подстилающую поверхность сле­дует проанализировать характер добычи топлива.

В настоящее время уголь добывается вблизи поверх­ности, хотя данный способ не соответствует прогнозным оценкам запасов этого источника топлива.

При добыче 1 млн. т угля при глубине залегания пла­стов 1—2 м разрушается около 5 км2 земель, а при глуби­не залегания 12 м — в 6—8 раз меньше. При глубине раз­работки 45—100 м на каждый миллион тонн угля разру­шается всего около 0,1 км2 земли. Подсчитано, что в США на 1965 г. открытые разработки занимали 124 тыс. км2плюс 1300 км2, занятые под подъездные пути. При вероят­ном увеличении доли глубинных разработок угля со вре­менем, очевидно, будет разрушаться меньше земель, чем сейчас.

Таким образом, развитие топливно-энергетического комплекса, по-видимому, будет связано с изъятием из об­ращения значительных площадей, изменением альбедо и свойств шероховатости нескольких сотен тысяч квадрат­ных километров земель. Этот эффект следует рассматри­вать с учетом других путей антропогенного воздействия на подстилающую поверхность.

Вполне вероятно, что опасность загрязнения атмосфе­ры существенно активизирует использование энергии Солнца и ветра. В настоящее время вся энергия, произ­водимая в мире, составляет менее 1% генерируемой в ат­мосфере кинетической энергии и менее 1/10 000 части энер­гии, поступающей в атмосферу от Солнца. Если предпо­ложить, что в будущем 25% общего количества энергии будет производиться за счет Солнца, то при общем произ­водстве энергии, скажем, в 100 ТВт доля солнечной энер­гии составит 25 ТВт, т. е. в 4 раза меньше поступающей к нам от Солнца. И тем не менее изъятие такого количе­ства энергии из естественного цикла превращения энергии в атмосфере при определенных условиях может сказаться на климате, скорее всего в региональном масштабе. Этот вопрос необходимо исследовать с помощью методов мате­матического моделирования.

Такова в общих чертах современная научная оценка возможных воздействий топливно-энергетического комп­лекса на погоду и климат.