Но ведь важна и количественная сторона, то есть надо знать, сколько ее понадобится каждому человеку и всему человечеству в целом через год, через десять, сто, тысячу лет. Так мы попадаем в область прогностики - науки о прогнозировании, назначение которой - обобщение научной информации, имеющейся у общества, и на ее основе надежное предсказывание будущих событий. Разработка долгосрочных прогнозов в энергетике особенно важна потому, что цикл подготовки - освоение новых первичных энергоресурсов, создание средств для их транспортировки, преобразования и использования, продолжается десятки лет. Высокая капиталоемкость, широкая взаимозаменяемость энергоресурсов и видов энергии делают особенно важным заблаговременную разработку оптимальной структуры энергохозяйства. Долгосрочный прогноз должен оказывать ускоряющее влияние на темпы научно-технического прогресса. Установление принципиальной возможности создания новых эффективных энергетических источников и их роли в будущей энергетике содействует формированию благоприятного климата для научно-технических исследований и стимулирует их.
Прогнозы многое могут, многое должны, но, к сожалению, не всегда это делают. Разброс в прогнозах о развитии энергетики очень велик. Одни говорят о сверхбыстром развитии энергетики, другие о ее нулевом росте. Этому есть, конечно, свои причины. Для долгосрочных энергетических прогнозов характерна достаточно большая неопределенность, зависящая от неполноты исходной информации, то есть от наших знаний закономерностей развития, а также параметров и возможностей различных процессов и энергетических систем.
Разные подходы к развитию энергетики и разные оценки ее теперешнего и будущего состояния проистекают также и из разных принципиальных взглядов на развитие больших систем энергетики. Так, одна из концепций исходит из того, что в основе развития природы и общества лежит неопределенность и случайность - ничего, мол, определенного нельзя сказать заранее. Сторонники таких взглядов рассматривают большие системы энергетики как чисто вероятностные - "го ли будет, то ли нет", ибо, с их точки зрения, человек не может активно воздействовать на развитие таких систем в прогрессивных направлениях. Его удел лишь пассивно прогнозировать. Именно такой философией вооружены упоминавшиеся ранее фаталисты, экзистенциалисты и многие футурологи.
Существует и другое крайнее и тоже неправильное восприятие действительности. Его апологеты в технике и энергетике считают, что в мире существуют лишь однозначно определенные связи - все известно заранее, в плановом хозяйстве случайные тенденции отсутствуют или их влияние ограниченно, поэтому, мол, можно на 20-30 лет вперед без ошибок определять развитие всех звеньев промышленности и энергетики.
Наши специалисты в области экономики, техники и энергетики в своих прогнозах и планировании руководствуются объективными законами развития производительных сил, определяющими основные направления развития энергетики. В то же время они признают существование многих неопределенных факторов, которые могут ускорять или замедлять прогрессивные тенденции.
Важным фактором, свидетельствующим об устойчивости долгосрочных экономических и энергетических прогнозов, является наличие генеральной цели развития нашего общества. Важнейшие социально-экономические задачи, решаемые во имя этой цели, имеют детерминированный характер. И все же определенность, надежность прогноза сильно зависит от степени научной разработанности и сходной для него технико-экономической информации, и главное - от срока, на который ведется прогнозирование.
Так, скажем, прогноз по всей энергетике на 1990 год допускает ошибку в 10-15 процентов, а по отдельным видам энергии в 20-30 процентов. На 2000 год ошибка прогноза может дойти и до 20-40 процентов.
Если же заглянуть в 2030-2050 годы, то можно ошибиться и в два раза. Поэтому, как правило, при прогнозировании на длительные сроки рассматривают несколько возможных вариантов развития.
Прогнозов о развитии энергетики сейчас очень много. Это и не удивительно, энергетика сегодня - больное место. Но мы начнем со старого, сделанного замечательным русским физиком Н. Умовым. В 1912 году он опубликовал статью "Задачи техники в связи с истощением запасов энергии на Земле". Это серьезный труд, в котором действительно разработаны все факторы, которые можно было учесть тогда, почти 70 лет назад. Выводы, сделанные его автором, интересны нам потому, что на этом примере отчетливо видно, где и как можно ошибиться в прогнозировании.
Приняв темп роста потребностей в энергии 6 процентов годовых и известные тогда запасы угля, нефги и гидроэнергии, Н. Умов счел необходимым принять в расчет и другие источники энергии: солнце, приливы в океане. Как мы увидим далее, ныне для дальнейших прогнозов принимается величина темпа не 6 процентов, а около 3. В балансе потребляемой энергии Н. Умов отвел слишком малую роль электроэнергии - всего 3 процента. При расчете КПД двигателей он ориентировался на паровые машины, КПД которых 25 процентов. Сейчас поршневые машины почти повсеместно вытеснены турбинами и двигателями внутреннего сгорания. В прогнозе Н. Умова незначительная роль была отведена нефти и газу, что же касается внутриядерной энергии, то о ней, конечно, не было и речи.
Этот экскурс в прошлое, по-моему, убедительно показывает, что, несмотря на улучшившуюся методику прогнозирования, специалисты, занимающиеся прогнозами, не застрахованы от просчетов, допущенных Н. Умовым, и не имеют достаточных оснований говорить о большой точности своих прогнозов для такого временного интервала, каким являются 40-50 лет. Что говорят современные прогнозы?
Наша отправная точка - энергопотребление в мире сегодня. Мы уже говорили: в среднем в 1980 году на каждого жителя Земли расходовалось 2,5-3 тонны условного топлива. Значит, четырех с половиной миллиардное население Земли потребляло только 11 миллиардов тонн условного топлива. Из чего они складывались? Из 2,5 миллиарда тонн угля, 4,1 - нефти, 2,9 природного газа, 0,6 - гидроэнергии (так же, как и атомная, она пересчитана на условное топливо), 0,3 - атомной энергии и 0,6 миллиарда тонн - прочие энергетические ресурсы.
Много это или мало по сравнению с существующими на Земле ресурсами, мы увидим далее, а сейчас сравним энергию, производимую человеком, с солнечной энергией, достигающей поверхности Земли. Поскольку речь пойдет об очень больших величинах, будем пользоваться энергетической единицей, введенной индийским физиком Хоми Баба (она обозначается символом Q), равной 37 миллиардам тонн условного топлива.
Итак, в 1980 году на Земле было потреблено примерно 0,3 Q. Ежегодно на поверхность Земли солнечные лучи приносят 1500 Q, то есть почти впять тысяч раз больше. По-различному подходят к оценке потребностей в будущем. В одном из подходов оценивается величина энергии, которую нужно потратить на каждого жителя Земли с учетом многочисленных факторов (увеличение валового национального продукта, опреснение воды, затрудненная добыча сырья и т д.), о которых шла речь выше. Считается, что в 2040-2050 годах в технически развитых странах каждый человек будет ежегодно потреблять 15-20 тонн условного топлива, а в среднем в мире 5-10 тонн.
Сейчас население Земли растет со скоростью 3 человека в секунду. Демографы полагают, что в дальнейшем рост населения несколько замедлится и к 2050 году достигнет лишь 12--14 миллиардов. В этом случае человечество будет потреблять около 2-3 Q.
При другом подходе прогнозисты-энергетики исходят из темпов развития экономики. Например, в материалах Мирового энергетического конгресса, состоявшегося в сентябре 1977 года в Стамбуле, приведены следующие величины в единицах Q:
______________________________________________________________ .
Энергия\ Годы ____ 1990 _________ 2000 ______ 2020 ____ 2050 _ .
Всего энергии ___ 0,4-0,45 ____ 0,5-0,75 ____ 0-1,5 ____ 2-3 _ .
Атомная энергия _0,01-0,015 _ 0,035-0,04 _ 0,15-0,25 _ 0,3-0,7 .
______________________________________________________________ .
Видно, что с течением времени в энергетическом балансе мира доля атомной энергетики возрастает. Если в 2000 году ее вклад составит всего 5-7 процентов, то уже в 2020 году можно ожидать увеличения до 15- 20 процентов, а для технически развитых стран эта доля может доходить и до 40-50 процентов.
Итак, в 2050 году, то есть через 70 лет, общее ежегодное количество потребляемой энергии может достичь 2 3 Q, то есть 0,1-0,2 процента от солнечной энергии, падающей на Землю.
Ну а что будет после 2050-го? Есть ли пределы развития энергетики? Если рост энергетики будет продолжаться со скоростью всего 2 процента, через 100- 150 лет искусственное энерговыделение на Земле составит 30 Q, то есть 2 процента от солнечной. При темпе роста 0;7 процента в год через 1000 лет величина энергии, добываемой человеком, сравняется с энергией, приносимой Солнцем. Предел ли это? Нужна ли человечеству еще большая энергия?
Некоторые ученые дают утвердительный ответ. Членкорреспондент АН СССР Н. Кардашев делит цивилизации на три типа. Первый - это цивилизация, обладающая энергией, близкой к той, что сейчас потребляет человечество, 0,1 Q. Второй тип обладает энергией, близкой к излучаемой близлежащей к ней звездой.
В этом случае энергопотребление примерно равно 10^13 Q.
Третий тип цивилизации должен обладать энергией в масштабах своей галактики. Это 10^24 Q.
Как можно овладеть энергией масштаба солнечной?
Идеи, предложенные еще К. Циолковским, развиты в наше время Дайсоном, профессором Принстонского университета. Для использования энергии Солнца им предлагается соорудить вокруг нашего светила сферу радиусом около 150 миллионов километров с обитаемой оболочкой, для строительства которой нужно переработать всю массу одной из планет Солнечной системы. Население этой оболочки сможет использовать всю энергию, излучаемую Солнцем.
Конечно, эти проекты и масштабы потребления энергии относятся к области далекой фантастики. Ну а как быть с предполагаемой величиной, необходимой энергии на 2050 год, равной 2-3Q, или, скажем, с величиной в десять раз больше - 30 Q? Достижимы ли они, и если да, то насколько легко или трудно этот прогноз осуществить?
Достичь такой выработки энергии нелегко, но возможно. Сейчас весь вопрос в темпах развития. Для человечества наступают трудные времена. Энергия дорожает, и энергетику невозможно развивать такими темпами, как это было ранее. Даже атомная энергетика не может помочь в этом случае. Она не так дорога, как энергетика на органическом топливе, но все же дорогая.
Очень много трудовых и материальных затрат требует сооружение установок, вырабатывающих энергию, и других предприятий топливного цикла, обеспечивающих их работу.
Означает ли замедление темпов фактический отказ от интенсивного развития энергетики?
Нет, и еще раз нет! Ясно одно: человек всегда будет стремиться обладать возможно большим количеством энергии, расширяющим его власть над природой и обеспечивающим движение вперед. Не всегда наука и техника дадут ему возможность получать энергию во всевозрастающих объемах. Иногда периоды "застоя" - замедленного поступательного движения - могут возникать и длиться долго, может быть, десятки лет. Но обязательно будут появляться новые открытия и изобретения, которые помогут человечеству сделать очередной качественный скачок и пойти к новым достижениям еще более быстрыми шагами.
Дело не в голоде
Прогнозисты считают, что количество энергии, которую должен будет потреблять человек в предстоящее столетие, равно: 0,5-OJ5Q уже в 2000 году и 2- 3Q в 2050 году. Много ли это по сравнению с ресурсами, которыми обладает Земля? Давайте к ним и обратимся.
Все они делятся на возобновляемые и невозобновляемые. К первым относятся солнечная энергия, тепло Земли, приливы океанов. Они не прекратят существования, пока будут Солнце и Земля. Невозобновляемые ресурсы не восполняются природой или восполняются очень медленно, гораздо медленнее, чем их расходуют люди. Скорость образования новых горючих ископаемых в недрах Земли определить довольно трудно. В связи с этим оценки специалистов резко различны: от 0,00001Q до 0,0005Q в год. Если даже принять самое большое это число, то все равно скорость накопления топлива в недpax Земли в тысячу раз меньше скорости его потребления. Поэтому такие ресурсы и называют невозобновляемыми. С них мы и начнем, для удобства сведя все данные в таблицу, в которой для сравнения приведем ожидаемое потребление в 2000 году. Все величины приведены в единицах Q.
Виды ________________Потребление_.
топлива __ Ресурсы __в 2000 году_.
Уголь ___ 200-400 ____ 0,1-0,15 _.
Нефть ____ 15-20 _____ 0,2-0,25 _.
Газ ______ 12-18 ______ 01-0.15 _.
Что же вытекает из этих данных? Во-первых, запасы органического топлива при уровне потребления двухтысячного года в 0,5-0,6Q могут быть исчерпаны через 400-800 лет. Но это может случиться и раньше! В таблице приведены потенциальные ресурсы. При теперешних методах добычи из них можно извлечь около половины, а другую половину просто "не угрызешь". Кроме того, и энергопотребление не останется на уровне 2000 года, а будет расти. Поэтому, если принять ежегодное энергопотребление равным 2Q, запасов хватит на 120-160 лет.
Большую тревогу вызывает намечающееся истощение нефти и газа. Через несколько десятков лет известные залежи их могут оказаться исчерпанными. Так что же, кризис? Да. Но только не всеобщий энергетический, а нефтяной и газовый. Однако тут нужно быть осмотрительным. Подобные оценки по нефти, сделанные в 1952 году, показывали, что запасов "черного золота" хватит всего на 25 лет. Но уже в 1966 году разведанные запасы возросли настолько, что срок обеспеченности нефтью возрос до 33 лет. Сейчас мы говорим уже о 40- 60 годах.
Существует также битуминозная нефть. Ее столько же, сколько и обычной, но ее добыча пока считается неэкономичной. А ведь, кроме освоенных и разведанных нефтегазовых месторождений, возможно открытие и освоение совершенно новых глубинных ресурсов. Так, по мнению американского ученого Т. Гоулда, в нижних слоях земной коры, возможно, находятся громадные запасы метана, энергетический эквивалент которых даст около 1000Q!
Как бы то ни было, но сейчас мы должны ориентироваться на выявленные фактические ресурсы органического топлива, так как стратегия развития энергетики должна быть беспроигрышной. Да и не только энергетики. Нефть и газ - ценнейшее химическое сырье.
Из нефти научились делать кормовые белки для живот-- ных. Газ нужен металлургической промышленности. Надо беречь эти дары природы, нельзя истратить все их запасы только на энергетику.
А что же уголь? Ведь его одного хватило бы на 100-150 лет! С углем свои проблемы. Во-первых, его транспортировка - дело весьма трудоемкое. В нашей стране, как уже говорилось, основные запасы угля сосредоточены на востоке, а основное потребление - в европейской части. Во-вторых, широкое использование угля связано с серьезным загрязнением атмосферы, засорением поверхности земли и ухудшением почвы.
Но даже, если можно было бы пренебречь отрицательными последствиями сжигания угля, к сожалению, его нельзя использовать во многих отраслях промышленности ,и народного хозяйства. Чтобы расширить область применения, разрабатываются методы переработки его в газообразное и жидкое топливо. Однако еще нет экономичных для этого способов.