CC BY
23
© Е.А. Ельчанинов, 2002
УДК 581:622.8
Е.А. Ельчанинов
ВОЗМОЖНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ КОНЦЕПЦИИ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ОБЩЕСТВА, ПРИРОДЫ И ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА В ОГРАНИЧЕННЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАНЕТЫ ЗЕМЛЯ
В
связи с возникновением и развитием экологического кризиса на планете Земля и околоземном космическом пространстве, вызванного чрезмерным потреблением человеческим сообществом природных ресурсов и катастрофическим возрастанием нагрузки на окружающую среду, элитой человечества разработана и предлагается всему сообществу Концепция устойчивого развития. При этом в понятие устойчивого развития вложено недостаточно корректное определение - гармоничное развитие общества, природы и технического прогресса. К сожалению, в этом определении не сформулирована цель жизни как отдельного индивидуума, так и в целом сообщества, и не показано, какими путями продвигаться к гармонии.
Как можно достичь гармонии в уже сложившейся ситуации? Известно, что ведущие страны мира (промышленно развитые) потребляют до 70 % всех добываемых сырьевых ресурсов, а США, имея 6 % населения от мирового, потребляют 40 % валового мирового продукта. Как заставить их делиться с развивающимися странами в сложившихся условиях? Следовательно, говоря об устойчивом развитии, необходимо определить направления и параметры этого развития, а также обозначить основные этапы устранения дизгармонии.
Человек с детских лет привыкает к всеобъемлющему понятию окружающего его материального мира -среды обитания человека. В своей деятельности он использует природные ресурсы для удовлетворения потребностей, не задумываясь о существовании естественного закона ограниченности природных ресурсов, который гласит: все природные ресурсы Земли конечны. Следовательно, необ-
ходимо помнить, что любые ресурсы Земли как планеты ограниченного размера конечны либо по количеству, либо по возможностям их использования без резкого нарушения среды обитания, в том числе человека. Например, известные человечеству энергетические источники могут дать необозримое количество энергии, но использовать ее без перегрева тропосферы и нарушения биосферы планеты можно лишь в объеме 1 % от энергии, приходящей к Земле от Солнца.
Из популярной и научнотехнической литературы известно, что к неисчерпаемым ресурсам относят энергетические возможности солнечной энергии, полагая, что солнечная энергия дает практически неисчерпаемый источник получения полезной энергии. Однако ошибка состоит в том, что не учитываются ограничения, накладываемые самой энергией биосферы, антропогенное изменение которой сверх допустимого по правилу одного процента чревато серьезными последствиями. Искусственное привнесение энергии в биосферу в наше время уже стоит на грани запредельных значений.
Практически все ресурсы планеты и околоземного космоса ограничены либо прямо - физически, либо косвенно - через изменение биологической, химической и физической среды жизни. При этом необходимо обратить внимание на то, что нередко экологические пределы эксплуатации ресурса наступают раньше его экологического исчерпания.
Рассмотрим подробно энергетическую проблему с точки зрения гармоничного (устойчи-вого) ее развития и взаимодействия с окружающим миром.
Потребление энергии является необходимым условием существования человечества. Исторический путь развития цивилизации характеризуется неуклонным стремлением к экономическому росту и техническому прогрессу, которые определяются уровнем потребления энергии. Рост энергии происходит спонтанно, независимо от воли человека.
Количество вещества и энергий, поступающих в природный процесс, в общем случае можно установить путем сопоставления уравнений материального и энергетического баланса любого технологического процесса.
Единственный источник энергии почти для всех природных процессов, развивающихся в биосфере, как уже отмечалось, - солнечная радиация.
Поток солнечной радиации на среднем расстоянии Земли от Солнца приблизительно равен 4,19-104 Дж/м2год, а на единицу поверхности в среднем поступает 1/5 часть от общей величины потока, или 86-103 Дж/м2год . Еще меньше энергии поглощается Землей. Нагретая поверхность Земли становится источником длинноволнового излучения, нагревающего атмосферу. Атмосфера задерживает частично длинноволновое излучение и в виде противоизлучения возвращает его земной поверхности. Отражение длинноволнового излучения в атмосфере происходит за счет накопления так называемых парниковых газов, в частности СО2 и СН4.
Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: большой, или геологический, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы, и малый, или биологический. Оба круговорота представляют единый процесс, и здесь наблюдается достаточно четкая гармония внутри природной среды. Установлено, что связанная энергия в биомассе суши приблизительно равна 4-1019-20 кДж, в корнях и гумусе почв - 4-1019-20 кДж, в растворенном органическом веществе океана - 4-1019 кДж.
Совершенно иная картина наблюдается при целевой выработке энергии цивилизованным и промышленно развитым обществом. Так, 80 % ее производится сжиганием органического энергоносителя, что приводит к выбросу в атмосферу диоксида углерода (СО2) и резкому снижению со-
держания кислорода, а это является, как выше указывалось, небезопасным.
Учитывая, что главными составными элементами живого вещества являются кислород (65-70 %) и водород (10 %), снижение кислорода в атмосфере усугубляет экологический кризис. В настоящее время в ряде промышленно развитых регионов земного шара содержание кислорода в атмосфере отмечается в пределах 1919,8 %, что значительно ниже известного природного уровня 20,95 %. Восстановление кислородного баланса в природе стало весьма проблематичным, так как сегодня леса на планете Земля исчезают со скоростью 20 га в минуту, а площадь тропических лесов сокращается ежегодно примерно на 1 %.
Расход же энергии на 1 человека постоянно возрастает и за последние 200 лет вырос в 60 раз, достигнув 70 тыс. ккал/сутки, а в индустриально развитых странах 230-250 тыс. ккал/сутки; технический прогресс требует постоянного наращивания энергетических мощностей и изыскания новых источников энергии.
Концепция устойчивого развития призывает рассматривать в единстве экологические, экономические и социальные процессы. Однако одними призывами к населению осваивать экологически безопасные способы природопользования, ограничить свои потребности, гуманно относиться к природе и т.д. не решить этой проблемы.
Рассматривая концепцию и размышляя над путями ее реализации, возникают два решения: первый - необходимость обеспечения человечества неограниченными возможностями к широко доступным и неисчерпаемым дешевым энергетическим ресурсам, чтобы можно было организовать добычу и переработку минеральных ресурсов любого содержания и концентрации, даже из морской воды и атмосферы; второй - решить широкомасштабно проблему вторичного использования тепловой энергии выбрасываемой в атмосферу в виде низкопотенциальных источников, что позволит исключить перегрев биосферы на ближайшие 100-150 лет.
В настоящее время энергетическая способность энергоносителей при производстве тепловой и электрической энергии используется на 60-75 %,
а 25-40 % выбрасывается в окружающую среду в виде тепловой энергии. При использовании в промышленном производстве (плавка, сушка, агломерация и т.д.) эти потери достигают 45-50 %. В окружающую среду выбрасываются газовые и воздушные потоки с температурой 65-420 0С. Одновременно на этих промышленных предприятиях действуют водоотливные и аспирационные системы, которые также ежеминутно выбрасывают в окружающую среду от 3,5-105 до 7,2-105 кДж низкопотенциальной теплоты.
Огромное количество тепловой энергии, выбрасываемое в атмосферу техногенными процессами, приводит к ее разогреву и негативному воздействию на биосферу. Все это происходит на фоне роста дефицита энергоносителей и цен на них, многомиллиардных затрат на активный поиск новых источников энергии вообще, и в частности, тепловой. Одним из широко известных направлений поиска является использование источников низкопотенциальной тепловой энергии, имеющихся в природных условиях, а также создаваемых промышленными предприятиями в окружающей среде.
В связи с этим считаем, что основными задачами решения проблемы устойчивого развития как энергетики, так и общества являются:
• разработка перспективных технологических процессов трансформации энергии твердых топлив в электрическую и тепловую энергию путем использования парогазовых технологий с внутрицикловой газификацией твердых топлив, повышения параметров пара и совершенствования термодинамического цикла и оборудования как для новых мощных ТЭС и ТЭЦ, так и для их технического перевооружения;
• разработка перспективных технологических процессов трансформации энергии природного газа в тепловую и электрическую энергию на новых мощных ТЭС и ТЭЦ путем использования парогазовых технологий различного типа, создания перспективных мощных высокотемпературных паротурбинных установок при частичных нагрузках, многоконтурных котлов-утилизато-ров, применения судовых и авиационных технологий;
• разработка перспективных технологических трактов топлива, тепловой и электрической энергии на базе перспективных моделей рационального энергопользования, энергосбережения и экологической безопасности;
• разработка и исследование технологий и процессов для создания научного и технологического задела по созданию критических узлов перспективных энергетических машин, материалов и средств их защиты от высокотемпературной коррозии, эрозии, охлаждения рабочих лопаток, материалов для энергетического оборудования на сверхкритиче-ские параметры пара;
• обеспечение надежности и живучести сложных электроэнергетических систем, применение новых современных решений в области автоматизации управления качеством электроэнергии;
• повышение эффективности технологий добычи, переработки и использования энергоносителей и создание перспективных схем региональной и малой энергетики на базе использования вторичных энергоресурсов;
• разработка способов и средств снижения отходящей тепловой энергии и утилизация ее в промышленных объемах с преобразованием в электрическую и тепловую энергию;
• изыскание и разработка способов использования нетрадиционных технологий преобразования низкопотенциальной тепловой энергии в электрическую и тепловую, с более высоким потенциалом, с использованием тепловых насосов и фреоновых турбин;
• создание средней и малой энергетики, работающей на принципе вихревого эффекта.
Для исключения потерь тепловой энергии при передаче на значительные расстояния от ТЭЦ к потребителям, необходимо преобразовывать ее в электрическую во фреоновых турбинах. Передача электрической энергии на значительно большие расстояния сопряжена с меньшими потерями, чем передача на то же расстояние тепловой энергии. Для преобразования электрической энергии в тепловую, на месте потребления, необходимо соз-
давать преобразующие вихревые установки, имеющие КПД от 1,3 до 8.
На основании изложенных аргументов можно полагать, что в пер-
вом столетии третьего тысячелетия тепловой катастрофы можно избежать или хотя бы в некоторой мере
ослабить тепловое влияние на тропосферу и биосферу.
© Е.А. Ельчанинов, 2002
УДК 581:65.011.44
Е.А. Ельчанинов
ПУТИ ОЗДОРОВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИТУАЦИИ, ВОЗНИКАЮЩЕЙ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ НЕРЕНТАБЕЛЬНЫХ ШАХТ В УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
П
ереход экономики на рыночные отношения неизбежно требует повышения экономической эффективности и экологической чистоты отечественной энергетики. Некоторые звенья этой отрасли, сформировавшиеся в условиях централизованного распределения конечного продукта, оказались неприспособленными к рыночным отношениям. В числе таких звеньев оказалась угольная промышленность. Высокая себестоимость и транспортные издержки привели к тому, что уголь, добываемый в России, оказался неконкурентоспособным как на внутреннем, так и на Европейском товарных рынках. Появилась тенденция к свертыванию его добычи, закрытию ряда угольных предприятий, снижению внимания к научнотехническому прогрессу в этой отрасли.
В то же время в различных регионах Российской Федерации то и дело возникают затруднения в энергоснабжении и прежде всего в теплоснабжении коммунальной сферы и промышленных объектов. Это -бесспорные свидетельства того, что снижение добычи угля не может
обеспечить решение возникших проблем.
Анализ мирового опыта показывает, что неликвидность угля как одного из основных энергоносителей в период временного спада производства не может служить ориентиром в долговременной энергетической стратегии государства. Эта стратегия должна быть не только ориентирована на предстоящий подъем экономики, но и предопределять его ввиду базового характера данной отрасли.
Проводимыми и проведенными структурными преобразованиями в угольной промышленности России в соответствии с «Основными направлениями реструктуризации угольной промышленности» предусматривалось создание экономически эффективной отрасли, высоко безопасной и экологически чистой, с соблюдением условий надежного обеспечения углем потребностей экономики, существенного снижения нагрузки на федеральный бюджет, повышения уровня жизни и социальной защищенности шахтеров.
Одной из целей реструктуризации угольной промышленности было экологическое оздоровление угледобывающих регионов. В резуль-
тате реструктуризации угольной промышленности было закрыто большое количество «нерентабельных» шахт, при этом предусматривалось осуществить комплекс природоохранных мероприятий по снижению негативного воздействия на экологическую обстановку угледобывающих регионов: устранение вредных выбросов в атмосферу и сбросов вод в водоемы с закрываемых шахт; рекультивация нарушенных земель и санация отвалов, имеющихся на закрываемых шахтах; передача ранее отчужденных земель под горные отводы, отвалы и инженерные сооружения, в хозяйственный оборот; исключение бюджетных дотаций на погашение убытков шахт.
Закрытие убыточных шахт в угольной промышленности сопряжено с большими материальными затратами и экологическими последствиями для окружающей среды, а также создает целый ряд социальных проблем. При этом должно было учитываться, что избежать истощения природноресурсного потенциала невозможно, поэтому необходимо ориентироваться лишь на более полное использование природных ресурсов, т.е. на малоотходное производство, которое выстраивается из следующих этапов работ:
• первый этап - должна быть их малая ресурсоемкость (как на входе, так и на выходе - экономичность и незначительные выбросы);
• второй этап - должно быть создание цикличности производства (отходы одних должны быть сырьем для других);
• третий этап - должна быть организация разумного депонирования (размещения, захоронения) неминуе-
